I compositi di carbonio hanno molte proprietà utili, con nuovi potenziali usi che vengono scoperti continuamente. I ricercatori hanno sviluppato una varietà di fogli sottili per sfruttarne le proprietà elettromagnetiche per la schermatura a microonde.

Le proprietà insolite dei carboni ad alta superficie offrono agli scienziati un'incredibile opportunità di realizzare compositi con utili proprietà elettriche ed elettromagnetiche. I compositi di carbonio sono particolarmente utili come schermatura elettromagnetica leggera e ultrasottile.

Allo stesso tempo, è noto che le schiume di carbonio ultraleggere hanno una capacità di schermatura elettromagnetica molto elevata a causa della loro struttura cellulare. Sono anche economici, buoni isolanti termici e incredibilmente resistenti considerando la loro leggerezza.

Gli scienziati hanno iniziato a studiare le proprietà dei film carboniosi ultrasottili e le loro proprietà elettromagnetiche. "Ci aspettiamo che possano assorbire fino al 50% della potenza delle microonde incidenti nonostante il loro spessore sia solo una piccola frazione della profondità della pelle, "dice il dottor Alain Celzard, un ricercatore che guida un team che studia queste proprietà.

Attraverso l'iniziativa finanziata dall'UE NAmiceMC, hanno deciso di creare un a buon mercato, modo leggero ed ecologico per creare schermature elettromagnetiche. Ispirato da una struttura unica che si trova negli occhi di falena, il team mirava infine a creare un materiale in grado di assorbire le lunghezze d'onda delle microonde.

NAmiceMC ha confrontato le differenze di efficacia per la schermatura elettromagnetica nelle schiume di carbonio, pellicole ultrasottili di carbonio e compositi di carbonio. I ricercatori hanno testato questi diversi materiali rispetto a una gamma di frequenze delle microonde e li hanno confrontati con un modello teorico dell'elettromagnetismo dei materiali.

Il team ha condotto uno studio comparativo sull'efficacia della schermatura elettromagnetica di diversi materiali e disposizioni. "Abbiamo dimostrato in questo progetto che tutti i tipi di struttura in carbonio che abbiamo studiato potrebbero essere efficaci per risolvere il problema della compatibilità elettromagnetica, " afferma il dottor Celzard.

Composti utili

Dove è richiesta leggerezza, il team ha scoperto che sono preferibili sia film sottili di carbonio che schiume di carbonio o aerogel. Quando sono necessarie buone proprietà meccaniche, hanno scoperto che la scelta migliore erano i compositi polimerici riempiti con carbonio per un'efficienza di schermatura ad alta interferenza elettromagnetica.

I ricercatori hanno sviluppato un database con un'ampia raccolta di proprietà elettromagnetiche ed efficienza di schermatura elettromagnetica per ciascuno dei tipi di materiali studiati nel progetto. Hanno proposto una disposizione efficace delle particelle in modo da descrivere le caratteristiche più importanti dei compositi a base di grafite esfoliata. Il team è riuscito a creare una metodologia utile e chiara per modellare gli arrangiamenti senza utilizzare software commerciale.

"La metodologia sviluppata ha fornito una migliore comprensione dei processi fisici nei compositi a base di nanocarbonio, " osserva il dott. Celzard. Il team ha scoperto che i materiali di schermatura più adatti sono quelli che hanno la più alta conduttività possibile nella gamma delle basse frequenze, e che hanno uno spessore ridotto.

NAmiceMC si aspettava di avere un elevato assorbimento che avrebbe influenzato le dimensioni delle celle e della finestra delle schiume di carbonio reticolate nella disposizione del materiale. Però, il team ha scoperto che la conduttività dello scheletro di carbonio era così alta che queste strutture erano per lo più riflettenti nelle gamme delle basse frequenze e delle microonde. I ricercatori sono rimasti sorpresi nello scoprire che le schiume di carbonio reticolate potrebbero essere molto assorbenti nell'intervallo dei terahertz, molto superiore alla dimensione della finestra prevista.

Andando avanti

Il team NAmiceMC sta continuando attivamente la ricerca nel campo delle applicazioni elettromagnetiche di varie strutture porose in carbonio. I ricercatori hanno in programma di progettare nuove metasuperfici basate su una tecnica sviluppata durante il periodo del progetto, che può trasformare strutture 3-D di forma arbitraria in materiali magnetici carboniosi.

NAmiceMC prevede di dimostrare sperimentalmente il concetto di buco nero elettromagnetico, e per costruire un prototipo di un rivelatore elettromagnetico altamente sensibile. Hanno già presentato una proposta MSCA RISE dedicata a questa attività quest'anno.