حفاظت الکترومغناطیسی در بیوچار

بررسی اثر حفاظتی الکترومغناطیسی در مواد حاصل از بیوچار

بیوچار و مواد چند عاملی کامپوزیت‌های مبتنی بر بیوچار کاربردهای زیست محیطی فراوانی دارند  و در سایر زمینه‌ها نیز استفاده می‌شوند. یکی از کاربردهای جدید و نوظهور در حوزه سیستم‌های ارتباطی مدرن است که به‌عنوان موادی با اثر حفاظتی الکترومغناطیسی قابل ملاحظه استفاده می‌شوند. در این مطالعه، بیوچار از هرس درختان زیتون تهیه شد که پس از آن در دوزهای مختلف برای تهیه نمونه‌های کامپوزیتی با کربن سیاه و پلی تترا فلوئورواتیلن به‌عنوان بایندر استفاده شد. اثر حفاظتی الکترومغناطیسی نمونه‌ها در محدوده فرکانس 1 تا 3 گیگاهرتز با استفاده از روش ساده و کاربرپسندی اندازه گیری شد. نتایج به دست آمده نشان داد که بیوچار خام و اصلاح نشده اثربخشی محافظ کمتری در محدوده 1.5-4 دسی بل دارد که با افزایش ضخامت نمونه‌ها از 0.1 تا 0.5 میلی‌متر افزایش یافت. اصلاح بیوچار با 2 درصد استیلن بلک تا حد زیادی اثر حفاظتی آن را افزایش داد و به 39 دسی بل در همان محدوده فرکانس رسید. رویکرد ما نشان داد که بیوچار خام می‌تواند به عنوان بستری برای توسعه مواد کامپوزیتی با اثر حفاظتی قابل توجه استفاده شود و عملکرد آنها را نیز می‌توان با کمک یک روش آزمایشگاهی سریع و ساده ارزیابی کرد.

استفاده روزافزون از وسایل و ابزار الکترونیکی در زمینه‌های مختلف علمی، نظامی و تجاری و رشد چشمگیر ارتباطات مدرن توسعه مواد جدید با هدف کاهش تداخل الکترومغناطیسی (EMI)، به عنوان یک موضوع منتخب و خاص را امکان پذیر می‌سازد. از میان مواد با ویژگی‌های موردنظر باید فلزات به صورت جامد یا پودر، پلاستیک‌های پر شده با الیاف فلزی، پلیمرهای تقویت شده با پلی اکریلونیتریل عایق نیکل، سازه‌های آلومینیوم، عایق‌ها، پارچه‌های فلزی شده با مس و نیکل، و همچنین کامپوزیت‌های پلیمری تقویت شده با نانو را نام برد. به منظور تعیین خواص الکترومغناطیسی مواد جدید و کاربرد آنها، از روش اندازه گیری دقیق اثر حفاظتی EMI از یک محدوده فرکانس وسیع که ضروری است، استفاده شد. اثر حفاظتی EMI در مواد کربنی مانند گرافن، نانولوله‌های کربنی و ایروژل ‌های کربنی توسط گوپتا و تای به‌خوبی مطالعه و بررسی قرار گرفتند. باوجود عملکرد حفاظتی EMI، روش‌های آماده سازی این مواد اغلب پیچیده و پرهزینه هستند معرف‌هایی که ممکن است در مقیاس بزرگ ثبات نداشته باشند. با این حال، نیاز به مواد کربنی با افزایش عملکرد محافظتی EMI که ازطریق روش‌های ساده و پایدار با هزینه کمتر حاصل می‌شود، است. یکی از این مواد بیوچار است که می‌توان آن را با پیرولیز زیست توده‌های خاص و ضایعات کشاورزی تهیه کرد. باتوجه به تولید انبوه روغن زیتون در منطقه مدیترانه، هرس درخت زیتون احتمالا هم ازنظر جرم و هم ازنظر حجم فراوان ترین ضایعات کشاورزی محسوب می‌شود. سیر روزانه این زیست توده این است که در مزارع می‌سوزد و هیچ متدولوژی برای بهره برداری از آن وجود ندارد. خواص فیزیکوشیمیایی بیوچار به خواص خوراک، دمای پیرولیز و زمان نگهداری بستگی دارد. بیوچار یک ماده چندعاملی با کاربردهای متنوع و روزافزونی است. مشاهده شده است که بیوچار می‌تواند ظرفیت نگهداری آب و مواد مغذی در خاک‌های شنی را بهبود ببخشد و به‌عنوان یک کاتالیزور در تصفیه فاضلاب عمل می‌کند و اگر به علوفه احشام نیز افزوده شود به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای کمک می‌کند.

کاربرد بیوچار به‌عنوان یک ماده حفاظتی EMI هنوز در ابتدای راه است. اخیرا بیوچار با سنگ گچ ترکیب شده و اثر حفاظتی EMI مثبتی در این ماده کامپوزیتی مشاهده شد. برخی محققان اثر حفاظتی EMI در 1 گیگاهرتز و محتویات 10، 20 و 40 درصدی بیوچار را به ترتیب 3، 5.5 و 9.5 دسی بل گزارش دادند. ثبت رفتار حفاظتی مشابه EMI نیز توسط تورسل و همکارانش از کامپوزیت رزین اپوکسی حاوی بیوچار گزارش شد. تا به امروز، داده‌های موجود از عملکرد حفاظتی الکترومغناطیسی بیوچار بسیار محدود است و فقط به مواد کامپوزیتی مبتنی بر بیوچار اشاره دارد درحالی‌که بایستی به بررسی‌های مواد خام و بیوچار اصلاح نشده هم بپردازد. هدف از این کار ارزیابی عملکرد حفاظتی EMI در بیوچار اصلاح نشده، به عنوان بیوچار تولید شده، با استفاده از یک روش اندازه گیری ساده و کاربر پسند است. فرض این است که اگر بیوچار خام و بیوچار با کربن فعال شده تجاری اصلاح شود، عملکرد اثر حفاظتی EMI آن مثبت خواهد بود و سپس بیوچار ممکن است به‌عنوان پرکننده به‌طور مداوم در ترکیب با مواد دیگر به‌منظور توسعه کامپوزیت‌هایی با ویژگی‌های حفاظتی EMI قابل تنظیم استفاده شود. علاوه براین، اگر روش پیشنهادی بتواند با موفقیت و سریع اطلاعاتی از عملکرد حفاظتی EM ارائه دهد، در آینده می‌توان از آن به‌عنوان ابزار غربالگری اولیه در بررسی‌های دقیق‌تر استفاده کرد. این کار از این جهت حائز اهمیت است که استفاده از مواد گران قیمت تهیه شده از منابع سوخت فسیلی تجدیدناپذیر (مانند گرافن و کربن فعال تجاری) به تدریج کاهش یافته و با بیوچارهای مهندسی شده جایگزین می‌شود. همچنین، از آنجایی که کلسیم رسانای الکتریکی خوبی است، بیوچار غنی از کلسیم ممکن است از اثر حفاظتی EM امیدوار کننده‌ای بدون نیاز به افزودن فلزات یا اکسیدهای فلزی در مرحله آماده سازی به جهت افزایش رسانش برخوردار باشد. در یک کلام، هدف از این بررسی تولید بیوچار غنی از کلسیم از هرس درختان زیتون و کامپوزیت‌های مبتنی بر بیوچار، و بررسی اثر حفاظتی EMI آنها با کمک یک روش سریع، دقیق و کاربر پسند است.

مشخصه های بیوچار

در جدول زیر تحلیل عناصر، محتوای خاکستر و مقدار OTB ارائه شده است.

جدول 1:

مقادیر گزارش شده با مقادیر به دست آمده از دیگر بررسی‌های بیوچار در خاکستر چوب مطابق با استانداردهای بیوچار اروپا همخوانی دارد. OTB در مقایسه با کربن فعال شده و گرافن، خواص سطحی کمتری دارد و برای کاربردهای EMI مناسب نیست. همان طور که اثبات شده است این خواص سطحی با مکانیسم انعکاسی EMI در ارتباط است، پس بنابراین با افزایش مواد سطحی مکانیسم حفاظتی نیز افزایش می یابد.

کلام آخر

ما در اینجا ویژگی‌های حفاظتی کامپوزیت‌های بیوچار در فرکانس‌های مایکروویو 1 تا 3 گیگاهرتز را مورد بررسی و مطالعه قرار دادیم و همچنین با استفاده از روش استاندارد ASTM D4935-18 اثر محافظتی مربوط به آنها را به طور مستقیم اندازه گیری کرده و کمّی سازی کردیم. نتایج اولیه به دست آمده نشان می‌دهد که محتوای بیوچار و ضخامت ورق پاسخ حفاظتی را تحت تأثیر قرار داده و به ما این امکان را می‌دهد تا کامپوزیت بیوچار را مهندسی کنیم و سپس، ویژگی‌های آن را با هدف دستیابی به مقادیر دقیق اثر حفاظتی الکترومغناطیسی آن اصلاح کنیم. روش تجربی تفسیر شده در اینجا روش مستقیمی برای بررسی اثر حفاظتی EM مواد جدید است. علاوه براین، افزودن ذرات فلزی حاصل از پسماندها می تواند یک رویکرد مناسب برای افزایش بیشتر SE در بیوچار باشد. تحقیقات آینده شامل توسعه روشی برای ترکیب بیوچار با پسماندهای غنی از آهن و آلومینیوم می‌شود و درنتیجه، تنظیم اثر حفاظتی الکترومغناطیسی (EMI) کامپوزیت تولید شده در محدوده فرکانس 0 تا 18 گیگاهرتز برای برنامه‌های چندگانه همانند ارتباطات راه دور در 6G و فراتر از آن را نیز در بر خواهد داشت.