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EMI shielding composites based on magnetic nanoparticles and nanocarbons

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2014-12
Defense date
2014-12-11
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The response of nanocomposites towards electromagnetic (EM) radiation can be tailored through the electrical conductivity, permittivity and magnetic permeability. Several composites with singular microstructures and containing either conductive nanoinclusions, magnetic nanoparticles or the combination of both, have been prepared and characterized. The performance of our materials as EM interference (EMI) shields, has been determined from 1 to 18 GHz and elucidated in terms of their electric and magnetic behavior. Cu -- Ni ferrite nanoparticles with varying stoichiometry were synthesized inside the pores of micro-silica particles. This inusulating, multiscale reinforcement was used to prepare epoxy composites. The EMI shielding performance of these materials was studied in order to determine the specific role of the magnetic nanoinclusions. The combined effect of magnetism and conductivity in EMI blocking was studied in composites containing magnetite nanoparticles and carbon nanofibers (CNFs) or carbon nanotubes (CNTs). These latter were assembled into three-dimensional architectures (CNT-scaffolds and CNT-sponges) to study the interconnectivity between CNTs with regard to EMI shielding. In CNT-scaffolds, nanotubes were post-assembled with a polymeric binder. These structures showed that the conductivity and shielding ability could be up-shifted without increasing the reflectivity, since good CNT-interconnectivity is achieved at low nanotube loads. In CNT-sponges, it was observed that enhanced contact between nanotubes further improves EM blocking within the entire frequency range.
En este trabajo se han preparado y caracterizado materiales compuestos con nanopartículas magnéticas y nanocarbonos con el fin de estudiar sus propiedades como apantallantes electromagnéticos en el rango de 1 a 18 GHz. Se sintetizaron nanopartículas de ferrita con diferentes composiciones de Cu y Ni, usando como molde los poros de micropartículas de sílice mesoporosa. Los materiales híbridos de sílice-ferrita se incorporaron homogéneamente en una matriz epoxídica para estudiar el efecto de la carga magnética en la eficiencia de apantallamiento. El rol de la conductividad en sí, y bajo la influencia de magnetismo, se evaluó en sistemas con nanotubos (CNTs) y nanofibras (CNFs) de carbono. Las CNFs se combinaron con nanopartículas de magnetita y fueron incorporadas en una matriz epoxi. Las propiedades electromagnéticas se estudiaron y se contrastaron con las de materiales análogos sin nanopartículas de magnetita. Con respecto a los CNTs, se prepararon dos tipos de estructuras tridimensionales: esponjas y aerogeles de CNTs. Los aerogeles se infiltraron con una resina y el alto apantallamiento electromagnético resultante sugiere que es posible favorecer la interconectividad entre CNTs formando redes segregadas del nanorefuerzo en la matriz. Este control de la nanoarquitectura, a su vez favorece la absorción de la radiación electromagnética incidente sin que en la superficie de los materiales, por el hecho de ser conductores, predomine la reflexión. Con las esponjas de CNTs, se pudo corroborar el efecto positivo de la interconectividad en el apantallamiento. En estas estructuras, los CNTs se encuentran muy cerca unos de otros y entre ellos no existen barreras poliméricas aislantes. Estos materiales ultraligeros presentaron una alta capacidad de apantallamiento en todo el rango de frecuencia estudiado.
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Mención Internacional en el título de doctor
Keywords
EMI shielding, Composites, Magnetic nanocomposites
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