3D-Druck in der Satellitenkommunikation: Forscher entwickeln neue MXene Verbindung

Der 3D-Druck hält in vielen Bereichen immer weiter Einkehr, so auch in der Luft- und Raumfahrt und Verteidigung. In der Vergangenheit wurde die innovative Technologie der additiven Fertigung bereits etwa dafür angewendet Teile von Boeings Kampfhubschrauber sowie Satellitenantennen im Weltall herzustellen. Zudem hört man immer wieder von Forschungsprojekten zum Thema des 3D-Drucks. In einem neuen Anwendungsfall haben Forscher der UBC Okanagan (UBCO) zusammen mit der Drexel University in Philadelphia, Pennsylvania, eine neue Verbindung – MXene – entwickelt, welche großes Potential aufweist für den 3D-Druck von Antennen im Bereich der Raumfahrt- und Satellitenindustrie.

Die Studie zu der neuen Forschung erschien in der Zeitschrift „Materials Today“. Das Forschungsprojekt bestand in einer Zusammenarbeit von Wissenschaftlern des A.J. Drexel Nanomaterials Institute der Drexel University. Das Department of National Defence, das Natural Sciences and Engineering Research Council und die United States National Science Foundation unterstützten die Forschung. Ein Forscher im Labor für Mikroelektronik und Gigahertz-Anwendungen (OMEGA) der UBCO und außerordentlicher Professor an der School of Engineering, Dr. Mohammad Zarifi, und sein Team haben es sich zur Aufgabe gemacht, moderne Kommunikationskomponenten zu entwickeln. Das Besondere an ihnen ist, dass ihre Komponenten 10- bis 20-mal leichter und günstiger sowie einfacher in der Bauweise sind als die herkömmlichen aus Metall, ohne an Leistung einbüßen zu müssen. Die von den Wissenschaftlern 3D-gedruckten Objekte, welche aus dem Zusammenschluss der Verbindung MXene und einem Polymer entwickelt wurden, haben das Potential, die Herstellung von Telekommunikationsantennen und anderen Verbindungselementen voranzutreiben. Folglich könnten sie die Kommunkationstechnologie – darin eingeschlossen Antennen, Wellenleiter und Filter – deutlich verbessern. Die Wellenleiter dienen dazu, Schall- und optische Wellen in Kommunikationsgeräten zu leiten. Traditionell wurden die Wellenleiter aus Metallen wie Silber, Messing und Kupfer hergestellt, wie etwa für die Satellitenkommunikation, so Dr. Zarifi. Er fügt hinzu:

Wir müssen zwar noch weitere Forschungsarbeiten durchführen, aber wir sind begeistert von dem Potential dieses innovativen Materials. Wir wollen die Möglichkeiten von 3D-gedruckten Antennen und Kommunikationsgeräten im Weltraum erforschen und entwickeln. Indem wir die Nutzlast von Shuttle-Transportern reduzieren, erhalten die Ingenieure mehr Möglichkeiten.“

Das neue Material in 3D-gedruckten Nylonteilen

Das von den Forschern entwickelte MXene stellt eine zweidimensionale Materialfamilie dar, zu der auch das sogenannte Titancarbid gehört, welches sich durch seine elektrische Leitfähigkeit auszeichnet, so der Direktor des A.J. Drexel Nanomaterials Institute an der Drexel University in Philadelphia, Dr. Yury Gogotsi. Man solle sich MXene als nanometerdünne leitfähige Flocken vorstellen, die wie Ton in Wasser dispergiert werden könnten, führt Dr. Gogotsi fort. Das Material könne aus der Dispersion in reinem Wasser ohne Zusätze auf fast jede Oberfläche aufgetragen werden. Nach dem Trocknen an der Luft könne es Polymeroberflächen leitfähig machen. Es sei wie eine Metallisierung bei Raumtemperatur, ohne dass ein Metall geschmolzen oder verdampft werde, ohne Vakuum oder Temperatur, fügt er hinzu.

Laut Dr. Zarifi sei das Potential der Geräte immens. Der Doktorand an der UBCO School of Engineering und Erstautor des veröffentlichten Artikels, Omid Niksan, ist außerdem der Meinung, dass die Fähigkeit eines leichten, additiv gefertigten Bauteils sich auf das Design und die Herstellung elektronischer Kommunikationsgeräte in der Raumfahrt- und Satellitenindustrie auswirken könne. Die leichten MXen-beschichteten Polymerstrukturen hätten das Potential, herkömmliche Fertigungsmethoden wie die Metallbearbeitung zur Herstellung von Kanalstrukturen zu ersetzen, fügt er hinzu. Für mehr Informationen gelangen Sie HIER zum Artikel der UBC Okanagan.

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*Bildnachweise: UBC Okanagan