أداء معزز للحجب الكهرومغناطيسي المهيمن عليه الامتصاص في مركبات إسمنتية هرمية تضم بلاستيكًا معاد تدويره ومعادن المغنيتيت لتطبيقات الجيل الخامس

تتزايد مشكلات التداخل الكهرومغناطيسي مع انتشار أنظمة اتصالات الجيل الخامس العاملة في نطاقات ترددية مرتفعة، إذ تنعكس الموجات عن الأسطح الخرسانية المستوية وتنتشر في البيئة المحيطة مسببة تشويشًا على الأجهزة والشبكات، ورغم شيوع المواد النانوية الكربونية في أدبيات الحجب الكهرومغناطيسي فإن كلفتها المرتفعة ومخاطر تآكلها تحد من تطبيقاتها واسعة النطاق في قطاع البناء

وتكتسب المواد البنائية ذات الوظائف الكهرومغناطيسية أهمية متصاعدة مع تحول المباني إلى بيئات مشبعة بالإشارات اللاسلكية، فلم يعد الحجب مطلبًا مخبريًا محدودًا بل حاجة عملية في المستشفيات ومراكز البيانات والمنشآت الحساسة للإشعاع، كما يتنامى الاهتمام بمواد تحقق الحجب بالامتصاص لا بالانعكاس، لأن الموجة المنعكسة لا تختفي بل تنتقل مشكلتها إلى موضع آخر من البيئة المحيطة

وتقترح هذه الدراسة بديلًا اقتصاديًا وبيئيًا يقوم على هياكل إسمنتية هرمية الشكل تستثمر البلاستيك المعاد تدويره ومعدن المغنيتيت الطبيعي، لتحقق آلية حجب يهيمن عليها الامتصاص بدل الانعكاس

أولًا: أهداف الدراسة ومنهجيتها

هدفت الدراسة إلى تصميم هياكل مركبة إسمنتية هرمية مدعمة بالبولي بروبيلين المهدر ومعدن المغنيتيت وتصنيعها وتوصيفها تجريبيًا للحد من مشكلات التداخل الكهرومغناطيسي في النطاق الترددي بين 3.3 و4.9 غيغاهرتز الخاص باتصالات الجيل الخامس، وسعت بخلاف الأسطح الخرسانية المستوية التقليدية إلى تقليل الانعكاسات السطحية وتحقيق آلية حجب يهيمن عليها الامتصاص عبر مطابقة تدريجية للمعاوقة توفرها الهندسة الهرمية، ودُعمت التحليلات النظرية بقاعدة الخلط اللوغاريتمية ليختنيكر ونموذج ماكسويل غارنت، وقيس سبعة سيناريوهات خلط مختلفة بطريقة الفضاء الحر باستخدام محلل شبكات متجه، مع تقييم مشترك للتخلص من نفايات البولي بروبيلين واستثمار معدن المغنيتيت المتوافر طبيعيًا، وقد صممت الأشكال الهرمية بحيث تقابل الموجة سطحًا متدرج الانحدار يطيل مسارها داخل المادة ويبدد طاقتها تدريجيًا بدل ردها إلى البيئة، واختير النطاق المدروس لكونه قلب ترددات الجيل الخامس التي تتوسع شبكاتها في المدن والمنشآت الحديثة

ثانيًا: أبرز النتائج

1. أظهرت العينة الخرسانية النقية سلوكًا انعكاسيًا غالبًا، وتحسن أداء الحجب تحسنًا ملحوظًا كلما ارتفعت نسبة مواد الحشو في الخلطات

2. قدمت العينة الرابعة الحاوية على 15 في المئة من البولي بروبيلين و10 في المئة من المغنيتيت أداء امتصاص واسع النطاق ومتوازنًا عبر النطاق الترددي المدروس

3. حققت العينة السابعة الحاوية على 25 في المئة من البولي بروبيلين و25 في المئة من المغنيتيت أعلى فعالية للحجب، بانعكاس دون سالب 10 ديسيبل عبر النطاق كله وفقد في الإرسال بلغ سالب 65 ديسيبل

ثالثًا: دلالات الدراسة وتطبيقاتها

تبين النتائج أن الجمع بين نفايات بلاستيكية معاد تدويرها ومعدن طبيعي مستغنى عنه نسبيًا في هياكل هرمية إسمنتية يقدم مسارًا عمليًا لحجب كهرومغناطيسي فعال بتكلفة أدنى ومخاطر تآكل أقل من المواد النانوية الكربونية، كما يحقق فائدة بيئية مزدوجة بتدوير نفايات البولي بروبيلين بدل تراكمها، ويمكن أن توظف هذه المركبات في منشآت الاتصالات والمباني الحساسة للموجات، بما يدعم بنية تحتية أقدر على التعايش مع كثافة شبكات الجيل الخامس المتنامية

ويقدم البحث لطلاب هندسة المواد والباحثين العرب مثالًا على تحويل نفاية بلاستيكية متوافرة محليًا ومعدن طبيعي رخيص إلى منتج هندسي عالي القيمة، وعلى أهمية التجريب المتدرج بسيناريوهات خلط متعددة للوصول إلى التركيبة المثلى بدل الاكتفاء بتركيبة واحدة، كما يفتح الباب لدراسات لاحقة حول متانة هذه المركبات وعمرها الافتراضي وسلوكها في البيئات الإنشائية الحقيقية على المدى البعيد ومدى ثبات أدائها الكهرومغناطيسي عبر سنوات الاستخدام في ظروف مناخية متباينة داخل المنشآت الحقيقية

وخلاصة القول إن الدراسة صممت مركبات إسمنتية هرمية من البولي بروبيلين المعاد تدويره والمغنيتيت وصنعتها واختبرتها في نطاق اتصالات الجيل الخامس، فأظهرت أن زيادة نسب الحشو تحسن الحجب، وأن خلطة ربع بولي بروبيلين وربع مغنيتيت حققت أعلى فعالية بامتصاص مهيمن وانعكاس منخفض وفقد إرسال كبير، مقترحة بديلًا اقتصاديًا وصديقًا للبيئة يربط إدارة النفايات بمتطلبات البنية التحتية للاتصالات الحديثة