Recentemente, Sun Rong e outros pesquisadores do Instituto de Tecnologia Avançada de Shenzhen, da Academia Chinesa de Ciências, propuseram uma estratégia simples de tratamento térmico em uma única etapa para preparar materiais de espuma de melamina carbonizada revestidos com prata/óxido de grafeno reduzido (CMF/rGO/Ag). O material de espuma de melamina composta carbonizada apresentou excelentes propriedades mecânicas e excelente efeito de blindagem eletromagnética (EMI SE).
O surgimento das comunicações 5G e dos smartphones exacerbou o problema da interferência eletromagnética.
Interferência eletromagnética severa pode causar perda de dados, falha do sistema e até mesmo colocar em risco a saúde humana.
O desenvolvimento de materiais de blindagem de interferência eletromagnética de alto desempenho com densidade ultrabaixa e boa flexibilidade mecânica é uma maneira eficaz de suprimir a poluição ou radiação de ondas eletromagnéticas prejudiciais.
Para materiais metálicos tradicionais, melhorar a condutividade sempre foi a principal estratégia para obter materiais de blindagem de alto desempenho.
Além disso, novos nanomateriais como grafeno, nanotubos de carbono e MXene também demonstraram ter alto desempenho de blindagem EMI.
Devido ao processo de fabricação altamente flexível dos nanomateriais, esses materiais são processados em espuma ou filme para blindagem EMI. Em comparação com a forma espumada dos nanomateriais, os filmes densos apresentam maior condutividade.
Alta condutividade pode gerar diretamente alta EMI SE ao refletir fortemente ondas eletromagnéticas incidentes.
Por exemplo, o coeficiente de reflexão de ondas eletromagnéticas de metais altamente condutores geralmente excede 90%, o que significa que 90% das ondas eletromagnéticas incidentes serão refletidas no espaço livre.
As ondas eletromagnéticas refletidas também podem causar poluição grave por radiação eletromagnética secundária. Ainda é um desafio obter materiais de blindagem EMI de alto desempenho com baixo coeficiente de reflexão de ondas eletromagnéticas.
O material de blindagem do tipo espuma é composto por uma estrutura porosa. Devido ao seu peso leve, boa compressibilidade mecânica e desempenho de blindagem EMI ajustável, apresenta grande potencial para substituir os materiais tradicionais de blindagem metálica rígida.
Em particular, a estrutura porosa permite que o material de blindagem do tipo espuma tenha reflexões múltiplas óbvias sobre as ondas eletromagnéticas incidentes, permitindo que a espuma absorva e atenue as ondas eletromagnéticas. Foi relatado que a estrutura porosa aumenta a absorção de ondas eletromagnéticas pelo MXene.
Comparada com materiais sólidos, a estrutura porosa possui melhor capacidade de casamento de impedância de ondas eletromagnéticas, permitindo que as ondas eletromagnéticas incidentes penetrem na estrutura interna da espuma de blindagem. Portanto, materiais de blindagem EMI com baixo coeficiente de reflexão e alto coeficiente de absorção devem apresentar bom casamento de impedância (baixa reflexão) e alta reflexão múltipla. Por exemplo, estruturas em camadas, estruturas multicamadas e estruturas isotrópicas foram preparadas, com altos coeficientes de SE e absorção de EMI. De modo geral, estruturas complexas e multicomponentes frequentemente envolvem processamento em várias etapas, e a flexibilidade mecânica é baixa.
A espuma de poliimida prateada foi preparada pelo método de pulverização física e sua densidade foi de 23 kg/m³. A espuma de melamina prateada foi preparada por deposição química. A espuma de melamina prateada preparada apresenta um alto índice de EMI de 3 dB e um teor de prata de 90% em peso. Além disso, também foi proposto um método de revestimento eletrolítico com blindagem eletromagnética de nanofibras à base de polímeros revestidos com nanopartículas de ouro e espuma híbrida de polimetacrilimida revestida com cobre/níquel.
No entanto, devido à incompatibilidade inerente entre a interface metálica rígida e a estrutura flexível, os materiais de blindagem de espuma metálica preparados por galvanoplastia, galvanoplastia sem corrente e pulverização física apresentam propriedades mecânicas insatisfatórias. O aprimoramento da conexão entre as partículas metálicas e a estrutura de espuma flexível e a obtenção de materiais de blindagem de espuma metálica com excelentes propriedades mecânicas ainda representam um grande desafio.
Neste estudo, o autor propôs uma estratégia simples de tratamento térmico em uma etapa para preparar um material de espuma composta leve de melamina carbonizada (CMF/rGO/Ag) revestida com prata/óxido de grafeno reduzido, que apresenta excelentes propriedades mecânicas e excelente efeito de blindagem contra EMI (EMI SE). Devido à interface aprimorada entre a estrutura composta e a prata, a espuma de CMF/rGO/Ag apresentou excelente estabilidade estrutural após 1000 ciclos de teste de compressão com carga e descarga. Além disso, o EMI SE da espuma atingiu 50.6 dB a uma densidade de apenas 16 mg cm² g-2 e um teor ultrabaixo de Ag de 1% em volume.
Curiosamente, a cooperação da estrutura porosa e das múltiplas interfaces resultou no coeficiente de absorção excepcionalmente alto (acima de 0.5) da espuma CMF/rGO/Ag. O mecanismo de blindagem com alto coeficiente de absorção da espuma CMF/rGO/Ag foi estudado mais detalhadamente por análise de elementos finitos (FEA). O excelente desempenho de blindagem EMI de campo próximo da espuma CMF/rGO/Ag demonstra que a espuma CMF/rGO/Ag de baixa densidade e alta resistência apresenta grandes vantagens e amplas perspectivas de aplicação como materiais de blindagem EMI para encapsulamento eletrônico.