Absorbants hyperfréquence ultra-fins à base de MXènes – META

Face à l’évolution constante des besoins militaires et civils, les performances de matériaux absorbants hyperfréquence doivent évoluer de concert. Ces évolutions adressent trois points majeurs : l’accroissement des bandes passantes antennaires, le besoin d’améliorer l’écrantage et la discrétion électromagnétique afin de protéger les personnes et les équipements, et enfin le besoin de compacité et de gain en masse. Ces évolutions doivent également tenir compte des conditions opérationnelles, qui nécessiteront d’adapter les propriétés du matériau en fonction des contraintes environnementales d’utilisation, tout en veillant à l’empreinte environnementale de ces matériaux de par leur composition, leur procédé de synthèse et leur recyclabilité. Les applications de ces matériaux sont multiples, augmentent constamment et se situent au niveau des composants électroniques hyperfréquence passifs et actifs, des équipements radar et antennaires, ainsi qu’au niveau de plateformes, dans des cadres militaires et civiles. Ainsi disposer d’absorbant léger et ultra-mince est une rupture technologique majeure pour de nombreux systèmes.
Le projet META (Absorbants hyperfréquence ultra-fins à base de MXènes ou MXene-Enabled ultra-Thin microwave Absorber) a donc pour objectif d’explorer le potentiel des MXènes pour la réalisation d’absorbants hyperfréquences ultra-minces (<1 mm), léger, présentant une absorption large bande (< -10 dB de 1 à 20 GHz).
Les MXènes sont une famille de carbures / nitrures / carbo-nitrures de métaux de transition 2D dont la formule chimique est Mn+1XnTx, où M est un métal de transition (tel que Ti, V, Mo, etc.), X représente C et/ou N, n = 1, 2 ou 3, et Tx représente les fonctions de surface (OH, O et / ou F). Les MXènes sont obtenus à partir de phase MAX comme le Ti3AlC2 par action d’un agent de gravure HF ou LiF pendant quelques jours pour éliminer complètement Al des matériaux et pour détacher les couches individuelles. En raison de sa réactivité élevée de la surface, le Ti3C2 obtenu présente des fonctions de surface de type fluor, hydroxyde ou oxyde, toutes provenant de l’agent de gravure, et revêt la forme Ti3C2Tx, où T est F, OH ou O. Pour remplacer ces groupes de surface, l'échantillon de Ti3C2 est recuit à haute température et exposé à un environnement gazeux de composition contrôlée afin de créer une fonctionnalisation de surface de type soufre, phosphore, carbone et azote en fonction du gaz utilisé. Il est également possible de réaliser un traitement en phase liquide afin de déposer en surface des MXènes des composés magnétiques. Ces fonctionnalisations confèrent au MXène des propriétés électroniques et magnétiques particulières et ajustables en fonction de nature et de la concentration des fonctions de surface.
Ces matériaux sont mis en forme par la technologie de spray dynamique de solutions colloïdales, cette technologie étant compatible de dépôts allant de quelques µm à 1mm, en simple couche ou en multi-couches. Les dépôts obtenus seront caractérisés physiquement et électromagnétiquement. Ces caractérisations serviront de données d’entrée à la modélisation de ces couches puis à la conception, à la réalisation et à la caractérisation de filtres hyperfréquences miniaturisés intégrant des éléments absorbants pour améliorer la CEM, d’absorbants hyperfréquences de type Dällenbach et d’absorbants résonnants multicouches de type écran de Salisbury et écran de Jaumann de très faible épaisseur.
La finalité du projet META est particulièrement ambitieuse et vise à démontrer la faisabilité d’un absorbant très large bande d’épaisseur inférieure à 1mm sur la base d’une structure résonnante de type écran de Jaumann.
Ce projet s’inscrit dans une démarche de montée en maturité technologique (TRL) avec un TRL visé en fin d’étude de 4. Le projet, coordonné par THALES Research & Technology, s’appuiera sur les compétences extrêmement complémentaires de trois partenaires : CINTRA, Lab-STICC et TRT.