Recientemente, Sun Rong y otros investigadores del Instituto de Tecnología Avanzada de Shenzhen, perteneciente a la Academia China de Ciencias, propusieron una estrategia de tratamiento térmico simple de un solo paso para preparar materiales de espuma de melamina carbonizada recubiertos con plata y óxido de grafeno reducido (CMF/rGO/Ag) ligeros. El material de espuma de melamina carbonizada compuesta presentó excelentes propiedades mecánicas y un excelente efecto de apantallamiento electromagnético (EMI SE).
El auge de las comunicaciones 5G y de los teléfonos inteligentes ha exacerbado el problema de las interferencias electromagnéticas.
Las interferencias electromagnéticas graves pueden provocar pérdida de datos, fallos del sistema e incluso poner en peligro la salud humana.
El desarrollo de materiales de protección contra interferencias electromagnéticas de alto rendimiento con densidad ultrabaja y buena flexibilidad mecánica es una forma eficaz de suprimir la contaminación o radiación de ondas electromagnéticas dañinas.
Para los materiales metálicos tradicionales, mejorar la conductividad siempre ha sido la estrategia principal para lograr materiales de blindaje de alto rendimiento.
Además, también se ha informado que nuevos nanomateriales como el grafeno, los nanotubos de carbono y el MXene tienen un alto rendimiento de protección contra EMI.
Gracias a la alta flexibilidad del proceso de fabricación de los nanomateriales, estos se procesan en forma de espuma o película para el blindaje EMI. En comparación con la forma espumosa de los nanomateriales, las películas densas presentan una mayor conductividad.
Una alta conductividad puede generar directamente una EMI SE alta al reflejar fuertemente las ondas electromagnéticas incidentes.
Por ejemplo, el coeficiente de reflexión de las ondas electromagnéticas de los metales altamente conductores suele superar el 90%, lo que significa que el 90% de las ondas electromagnéticas incidentes se reflejarán en el espacio libre.
Las ondas electromagnéticas reflejadas también pueden causar una grave contaminación por radiación electromagnética secundaria. Obtener materiales de blindaje EMI de alto rendimiento con un bajo coeficiente de reflexión de las ondas electromagnéticas sigue siendo un reto.
El material de blindaje de espuma se compone de una estructura porosa. Gracias a su ligereza, buena compresibilidad mecánica y rendimiento ajustable de blindaje EMI, tiene un gran potencial para reemplazar los materiales de blindaje metálicos rígidos tradicionales.
En particular, la estructura porosa permite que el material de blindaje de espuma presente múltiples reflexiones evidentes sobre las ondas electromagnéticas incidentes, de modo que la espuma pueda absorberlas y atenuarlas. Se ha informado que la estructura porosa mejora la absorción de ondas electromagnéticas por parte del MXene.
En comparación con los materiales sólidos, la estructura porosa ofrece una mejor adaptación de impedancia de ondas electromagnéticas y permite que las ondas electromagnéticas incidentes penetren en la estructura interna de la espuma de blindaje. Por lo tanto, los materiales de blindaje EMI con bajo coeficiente de reflexión y alto coeficiente de absorción deben presentar una buena adaptación de impedancia (baja reflexión) y una alta reflexión múltiple. Por ejemplo, se han preparado estructuras en capas, estructuras multicapa e isótropas con altos coeficientes de absorción y SE EMI. En general, las estructuras complejas y multicomponentes suelen requerir un procesamiento en varios pasos, lo que reduce su flexibilidad mecánica.
La espuma de poliimida plateada se preparó mediante pulverización física, con una densidad de 23 kg/m³. La espuma de melamina plateada se preparó mediante deposición química. Esta espuma de melamina plateada presenta una alta SE de 3 dB frente a EMI y un contenido de plata del 90 % en peso. Además, se propone un método de recubrimiento químico con blindaje contra interferencias electromagnéticas basado en nanofibras de polímero recubiertas con nanopartículas de oro y espuma híbrida de polimetacrilimida recubierta de cobre/níquel.
Sin embargo, debido a la incompatibilidad inherente de la interfaz entre el metal rígido y el marco flexible, los materiales de blindaje de espuma metálica preparados mediante galvanoplastia, galvanoplastia química y pulverización física presentan propiedades mecánicas deficientes. Mejorar la conexión entre las partículas metálicas y el esqueleto de espuma flexible y lograr materiales de blindaje de espuma metálica con excelentes propiedades mecánicas aún presenta desafíos.
En este estudio, el autor propuso una estrategia sencilla de tratamiento térmico en un solo paso para preparar un material ligero de espuma compuesta de melamina carbonizada recubierta de plata/óxido de grafeno reducido (CMF/rGO/Ag), que presenta excelentes propiedades mecánicas y un excelente efecto de apantallamiento EMI (EMI SE). Gracias a la interfaz mejorada entre la estructura compuesta y la plata, la espuma de CMF/rGO/Ag mostró una excelente estabilidad estructural tras 1000 ciclos de prueba de compresión de carga-descarga. Además, el EMI SE de la espuma alcanzó 50.6 dB a una densidad de tan solo 16 mg cm² g⁻¹ y un contenido ultrabajo de Ag del 2 % vol.
Curiosamente, la cooperación entre la estructura porosa y las múltiples interfaces resultó en un coeficiente de absorción inusualmente alto (superior a 0.5) para la espuma CMF/rGO/Ag. El mecanismo de apantallamiento de alto coeficiente de absorción de la espuma CMF/rGO/Ag se estudió en mayor profundidad mediante análisis de elementos finitos (FEA). El excelente rendimiento de apantallamiento EMI de campo cercano de la espuma CMF/rGO/Ag demuestra que la espuma CMF/rGO/Ag, de baja densidad y alta resistencia, presenta grandes ventajas y amplias posibilidades de aplicación como material de apantallamiento EMI para encapsulados electrónicos.