Recentemente, Sun Rong e altri ricercatori dello Shenzhen Institute of Advanced Technology, Accademia Cinese delle Scienze, hanno proposto una semplice strategia di trattamento termico in un'unica fase per preparare materiali in schiuma di melammina carbonizzata rivestiti con argento/ossido di grafene ridotto (CMF/rGO/Ag) leggeri. Il materiale in schiuma di melammina composito carbonizzato ha mostrato eccellenti proprietà meccaniche e un eccellente effetto di schermatura EMI (EMI SE).
L'avvento delle comunicazioni 5G e degli smartphone ha aggravato il problema delle interferenze elettromagnetiche.
Le interferenze elettromagnetiche gravi possono causare la perdita di dati, guasti del sistema e persino mettere a repentaglio la salute umana.
Lo sviluppo di materiali schermanti ad alte prestazioni contro le interferenze elettromagnetiche, con densità estremamente bassa e buona flessibilità meccanica, rappresenta un modo efficace per sopprimere l'inquinamento o le radiazioni elettromagnetiche dannose.
Per i materiali metallici tradizionali, il miglioramento della conduttività è sempre stata la strategia principale per ottenere materiali schermanti ad alte prestazioni.
Inoltre, è stato segnalato che nuovi nanomateriali come il grafene, i nanotubi di carbonio e l'MXene presentano elevate prestazioni di schermatura EMI.
Grazie all'elevata flessibilità del processo di produzione dei nanomateriali, questi vengono trasformati in schiuma o film per la schermatura EMI. Rispetto alla forma espansa dei nanomateriali, i film densi presentano una maggiore conduttività.
Un'elevata conduttività può generare direttamente un'elevata EMI SE riflettendo fortemente le onde elettromagnetiche incidenti.
Ad esempio, il coefficiente di riflessione delle onde elettromagnetiche dei metalli altamente conduttivi supera solitamente il 90%, il che significa che il 90% delle onde elettromagnetiche incidenti verrà riflesso nello spazio libero.
Le onde elettromagnetiche riflesse possono anche causare un grave inquinamento elettromagnetico secondario. Ottenere materiali schermanti EMI ad alte prestazioni con un basso coefficiente di riflessione delle onde elettromagnetiche è ancora una sfida.
Il materiale schermante in schiuma è composto da una struttura porosa. Grazie alla sua leggerezza, alla buona comprimibilità meccanica e alle prestazioni di schermatura EMI regolabili, ha un grande potenziale nella sostituzione dei tradizionali materiali schermanti metallici rigidi.
In particolare, la struttura porosa consente al materiale schermante in schiuma di presentare evidenti riflessioni multiple sulle onde elettromagnetiche incidenti, consentendo alla schiuma di assorbire e attenuare le onde elettromagnetiche. È stato riportato che la struttura porosa migliora l'assorbimento delle onde elettromagnetiche da parte di MXene.
Rispetto ai materiali solidi, la struttura porosa ha una migliore capacità di adattamento di impedenza delle onde elettromagnetiche e può far sì che le onde elettromagnetiche incidenti penetrino nella struttura interna della schiuma schermante. Pertanto, i materiali schermanti EMI con basso coefficiente di riflessione e alto coefficiente di assorbimento dovrebbero avere un buon adattamento di impedenza (bassa riflessione) e un'elevata riflessione multipla. Ad esempio, sono state preparate strutture stratificate, multistrato e isotrope, con elevati coefficienti di assorbimento e SE EMI. In generale, le strutture complesse e multi-componente spesso richiedono una lavorazione in più fasi e la flessibilità meccanica è scarsa.
La schiuma di poliimmide argentata è stata preparata mediante metodo di spruzzatura fisica e la sua densità era di 23 kg/m³. La schiuma di melammina argentata è stata preparata mediante deposizione chimica. La schiuma di melammina argentata preparata presenta un'elevata sensibilità EMI (Electro-Efficiency Sequence) di 3 dB e un contenuto di argento del 90% in peso. Inoltre, viene proposto anche un metodo di placcatura chimica per schermatura elettromagnetica con schiuma ibrida di polimetacrilimide rivestita in rame/nichel e nanofibre polimeriche rivestite in nanoparticelle d'oro.
Tuttavia, a causa dell'intrinseca discrepanza di interfaccia tra il metallo rigido e il telaio flessibile, i materiali schermanti in schiuma metallica preparati mediante galvanoplastica, placcatura chimica e spruzzatura fisica presentano scarse proprietà meccaniche. Migliorare la connessione tra le particelle metalliche e lo scheletro di schiuma flessibile e realizzare materiali schermanti in schiuma metallica con eccellenti proprietà meccaniche è ancora una sfida impegnativa.
In questo studio, l'autore ha proposto una semplice strategia di trattamento termico monofase per preparare un materiale composito in schiuma leggera di melammina carbonizzata rivestita con argento/ossido di grafene ridotto (CMF/rGO/Ag), che presenta eccellenti proprietà meccaniche e un eccellente effetto schermante EMI (EMI SE). Grazie all'interfaccia migliorata tra la struttura composita e l'argento, la schiuma CMF/rGO/Ag ha mostrato un'eccellente stabilità strutturale dopo 1000 cicli di test di compressione carico-scarico. Inoltre, l'EMI SE della schiuma ha raggiunto 50.6 dB a una densità di soli 16 mg cm² g-2 e un contenuto di Ag ultra-basso pari allo 1% in volume.
È interessante notare che la cooperazione tra la struttura porosa e le molteplici interfacce ha portato a un coefficiente di assorbimento insolitamente elevato (superiore a 0.5) della schiuma CMF/rGO/Ag. L'elevato coefficiente di assorbimento del meccanismo di schermatura della schiuma CMF/rGO/Ag è stato ulteriormente studiato mediante analisi agli elementi finiti (FEA). Le eccellenti prestazioni di schermatura EMI in campo vicino della schiuma CMF/rGO/Ag dimostrano che la schiuma CMF/rGO/Ag a bassa densità e resistente offre grandi vantaggi e ampie prospettive applicative come materiali di schermatura EMI per il packaging elettronico.