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Láminas finas de carbono para el apantallamiento frente a las microondas

Los compuestos de carbono tienen muchas propiedades útiles, por lo que se descubren continuamente nuevos usos potenciales. Un grupo de investigadores ha desarrollado una variedad de láminas delgadas para explotar sus propiedades electromagnéticas para el apantallamiento frente a las microondas.
Láminas finas de carbono para el apantallamiento frente a las microondas
Las inusuales propiedades de los carbonos de alta superficie proporcionan una gran oportunidad para que los científicos fabriquen compuestos con propiedades eléctricas y electromagnéticas útiles. Los compuestos de carbono son especialmente útiles como apantallamiento electromagnético de bajo peso y ultrafino.

Al mismo tiempo, se sabe que las espumas de carbono ultraligeras tienen una capacidad de apantallamiento electromagnético muy alta debido a su estructura celular. También resultan ser baratas, buenos aislantes de calor e increíblemente fuertes teniendo en cuenta su ligereza.

Estos científicos han comenzado a investigar las propiedades de las películas de carbono ultrafinas y sus propiedades electromagnéticas. «Esperamos que puedan absorber hasta el 50 % de la potencia de microondas incidente a pesar de que su grosor es solo una pequeña fracción de la profundidad de la piel», dice el doctor Alain Celzard, investigador que dirige un equipo que estudia estas propiedades.

A través de la iniciativa NAmiceMC, financiada con fondos europeos, se propusieron inventar una forma barata, ligera y respetuosa con el medio ambiente de crear apantallamientos electromagnéticos. Inspirado en una estructura única que se encuentra en los ojos de las polillas, el equipo tenía por objetivo fabricar finalmente un material que pueda absorber las longitudes de onda de las microondas.

NAmiceMC comparó las diferencias de efectividad en el apantallamiento electromagnético de espumas de carbono, películas ultrafinas de carbono y compuestos de carbono. Los investigadores probaron estos diferentes materiales con distintas frecuencias de microondas y los compararon con un modelo teórico de la electromagnética de los materiales.

El equipo llevó a cabo un estudio comparativo de la eficacia del apantallamiento electromagnético de diferentes materiales y disposiciones. «En este proyecto, demostramos que todos los tipos de estructuras de carbono que investigamos podían ser eficaces para resolver el problema de la compatibilidad electromagnética», afirma el doctor Celzard.

Compuestos útiles

Cuando se requiere ligereza, el equipo descubrió que es preferible usar tanto películas de carbono delgadas como espumas de carbono o aerogeles. Cuando se necesitan buenas propiedades mecánicas, descubrieron que la mejor opción eran los compuestos de polímeros rellenos de carbono para una eficiencia alta de apantallamiento frente a interferencias electromagnéticas.

Los investigadores elaboraron una base de datos con una amplia colección de propiedades electromagnéticas y eficiencia de apantallamiento electromagnético para cada uno de los tipos de materiales investigados en el proyecto. Propusieron una disposición eficaz de las partículas de forma que se describan las características más importantes de los compuestos a base de grafito exfoliado. El equipo logró crear una metodología útil y clara para modelar las disposiciones sin utilizar «software» comercial.

«La metodología desarrollada proporcionó una mejor comprensión de los procesos físicos de los compuestos a base de nanocarbono», señala el doctor Celzard. El equipo descubrió que los materiales de apantallamiento más adecuados son aquellos que tienen la conductividad más alta posible en el rango de baja frecuencia, y que tienen poco espesor.

NAmiceMC esperaba tener una alta absorción que afectara el tamaño de las células y ventanas de las espumas de carbono reticuladas en la disposición del material. Sin embargo, el equipo halló que la conductividad del esqueleto de carbono era tan alta que estas estructuras eran principalmente reflectantes en rangos de baja frecuencia y microondas. Los investigadores se sorprendieron al descubrir que las espumas de carbono reticuladas podrían ser muy absorbentes en el rango de terahercios, mucho más elevado que el tamaño de ventana previsto.

Avanzando

El equipo de NAmiceMC continúa investigando activamente en el campo de las aplicaciones electromagnéticas de varias estructuras de carbono poroso. Los investigadores planean diseñar nuevas metasuperficies basadas en una técnica desarrollada durante el período del proyecto, que puede transformar estructuras tridimensionales arbitrarias en materiales magnéticos carbonosos.

NAmiceMC tiene previsto probar experimentalmente el concepto de un agujero negro electromagnético y construir un prototipo de detector electromagnético altamente sensible. Este año, ya han presentado una propuesta MSCA RISE dedicada a esta actividad.

Palabras clave

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