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O filme de polímero protege contra radiação eletromagnética e interferência de sinal

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A inovação combina excelente blindagem eletromagnética com facilidade de fabricação e isolamento elétrico

À medida que os dispositivos eletrónicos saturam todos os cantos da vida pública e pessoal, os engenheiros lutam para encontrar materiais leves, mecanicamente estáveis, flexíveis e de fácil fabricação, que possam proteger os seres humanos da radiação eletromagnética excessiva, bem como impedir que os dispositivos eletrónicos interfiram uns com os outros.

Num relatório inovador publicado em Materiais avançados–o principal periódico da área– engenheiros da Universidade da Califórnia, em Riverside, descrevem um filme flexível usando um enchimento de nanomateriais quase unidimensional que combina excelente blindagem eletromagnética com facilidade de fabricação.

“Esses novos filmes são promissores para tecnologias de comunicação de alta frequência, que exigem filmes de proteção contra interferência eletromagnética que sejam flexíveis, leves, resistentes à corrosão, baratos e eletricamente isolantes”, disse o autor sênior Alexander A. Balandin, um distinto professor de eletricidade e informática. engenharia na Marlan and Rosemary Bourns College of Engineering da UC Riverside. “Eles se acoplam fortemente à radiação de radiofrequência de alta frequência, enquanto permanecem eletricamente isolantes em medições de corrente contínua.”

A interferência eletromagnética, ou EMI, ocorre quando sinais de diferentes dispositivos eletrônicos se cruzam, afetando o desempenho. O sinal WiFi de um celular ou laptop, ou mesmo de um liquidificador de cozinha, pode causar o aparecimento de estática na tela de uma TV, por exemplo. Da mesma forma, as companhias aéreas instruem os passageiros a desligarem os telemóveis durante a aterragem e a descolagem porque os seus sinais podem perturbar os sinais de navegação.

Os engenheiros aprenderam há muito tempo que qualquer dispositivo elétrico poderia influenciar o funcionamento de um dispositivo próximo e desenvolveram materiais para proteger os componentes eletrônicos de sinais interferentes. Mas agora que os dispositivos eletrónicos se tornaram omnipresentes, pequenos, ligados sem fios e críticos para inúmeros serviços essenciais, as oportunidades e os riscos de avarias causadas por EMI proliferaram e os materiais convencionais de blindagem EMI são muitas vezes insuficientes. Mais dispositivos eletrônicos significam que os humanos também estão expostos a maior radiação eletromagnética do que no passado. Novos materiais de blindagem serão necessários para a próxima geração de eletrônicos.

Balandin liderou uma equipe que desenvolveu a síntese escalonável de compósitos com cargas incomuns – feixes quimicamente esfoliados de materiais de van der Waals quase unidimensionais. Os compósitos demonstraram materiais de blindagem EMI excepcionais nas faixas de frequência gigahertz e subterahertz, importantes para as tecnologias de comunicação atuais e futuras, ao mesmo tempo que permanecem eletricamente isolantes.

O grafeno é o material de van der Waals mais famoso. É bidimensional porque é um plano de átomos fortemente ligados. Muitos planos de grafeno, fracamente acoplados pelas forças de van der Waals, constituem um cristal de grafite volumoso. Por muitos anos, a pesquisa concentrou-se especificamente em materiais bidimensionais de van der Waals em camadas, que esfoliam em planos de átomos.

Os materiais unidimensionais de van der Waals consistem em cadeias atômicas fortemente ligadas, em vez de planos, que são fracamente ligados pelas forças de van der Waals. Esses materiais esfoliam em estruturas “unidimensionais” semelhantes a agulhas, em vez de planos bidimensionais. O grupo Balandin conduziu estudos pioneiros de metais unidimensionais demonstrando suas propriedades incomuns. No novo artigo, o grupo Balandin relata o uso de um processo químico que poderia ser ampliado para a produção em massa desses materiais unidimensionais.

A estudante de doutorado Zahra Barani e Fariboz Kargar, professor pesquisador e cientista de projeto do Phonon Optimized Engineered Materials da Balandin, ou POEM Center, sintetizaram os compósitos exclusivos tratando os trichalcogenetos de metais de transição, ou TaSe3, um material de van der Waals em camadas com uma estrutura cristalina quase unidimensional, com produtos químicos que o fizeram soltar nanofios de van der Waals quase 1D em forma de agulha com proporções de aspecto extremamente grandes de até ~ 106 - massivamente mais longos do que grossos. Em pesquisas anteriores, o grupo descobriu que pacotes de TaSe quase 1D3 threads atômicos podem suportar densidades de alta corrente.

“Não existia uma receita padrão para esfoliação desses materiais. Fiz muitos experimentos de tentativa e erro, enquanto verificava a energia de clivagem e outros parâmetros importantes para esfoliá-los com alto rendimento. Eu sabia que o segredo é obter feixes com a maior proporção possível, já que as ondas EM combinam melhor com fios mais longos e mais finos. Isso exigiu microscopia óptica e caracterização por microscopia eletrônica de varredura após cada etapa de esfoliação”, disse o primeiro autor Barani.

Os pesquisadores preencheram uma matriz feita de um polímero especial com feixes de TaSe esfoliado3 para produzir um filme fino e preto. Os filmes compósitos sintetizados, embora permanecessem eletricamente isolantes, demonstraram desempenho excepcional no bloqueio de ondas eletromagnéticas. Os compósitos poliméricos com baixas cargas de cargas foram especialmente eficazes.

“A eficácia da blindagem eletromagnética dos compósitos está correlacionada com a proporção das cargas. Quanto maior a proporção, menor a concentração de preenchimento necessária para fornecer proteção EM significativa”, disse Kargar. “Isso é benéfico, pois ao diminuir o teor de carga seria possível aproveitar as propriedades inerentes dos polímeros, como leveza e flexibilidade. Nesse sentido, posso afirmar que esta classe de materiais é excepcional quando bem esfoliada, controlando a espessura e o comprimento.”

“No final, acertei, preparei um compósito e medi as propriedades EMI. Os resultados foram surpreendentes: nenhuma condutividade elétrica, mas mais de 99.99% de blindagem EMI para filmes com espessura micrométrica”, acrescentou Barani.

As cargas metálicas quase 1D van der Waals podem ser produzidas de forma barata e em grandes quantidades. Balandin disse que a pesquisa sobre feixes atômicos de materiais quase 1D de van der Waals como condutores individuais e compósitos com esses materiais está apenas começando.

“Tenho certeza de que em breve veremos muito progresso com materiais quase 1D van der Waals, como aconteceu com materiais quase 2D”, disse ele.

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Barani, Kargar e Balandin foram acompanhados na pesquisa por Yassamin Ghafouri, Subhajit Ghosh, Konrad Godziszewski, Saba Seyedmahmoudbaraghani, Yevhen Yashchyshyn, Grzegorz Cywiski Sergey Rumyantsev e Tina T. Salguero. O artigo é chamado de “Filmes flexíveis eletricamente isolantes com enchimentos van-der-Waals quase unidimensionais como escudos eletromagnéticos eficientes em bandas de frequência GHz e sub-THz”.

https: //notícias.ucr.edu /artigos /2021 /02 /22 /filme de polímero protege interferência de sinal de radiação eletromagnética

Fonte: https://bioengineer.org/polymer-film-protects-from-electromagnetic-radiation-signal-interference/

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