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Feuilles de carbone minces pour le blindage contre les micro-ondes

Les composites carbone ont de nombreuses propriétés utiles, et de nouvelles utilisations potentielles sont découvertes en permanence. Les chercheurs ont mis au point une série de feuilles minces pour exploiter leurs propriétés électromagnétiques dans le blindage contre les micro-ondes.
Feuilles de carbone minces pour le blindage contre les micro-ondes
Les propriétés inhabituelles des carbones à haute surface offrent aux scientifiques une formidable occasion de fabriquer des composites aux propriétés électriques et électromagnétiques utiles. Les composites carbone sont particulièrement utiles pour assurer un blindage électromagnétique léger et ultra-mince.

De leur côté, les mousses de carbone ultra-légères sont réputées pour leur capacité de blindage électromagnétique très élevée en raison de leur structure cellulaire. Elles sont également bon marché, de bons isolants thermiques et incroyablement résistantes compte tenu de leur légèreté.

Les scientifiques ont commencé à étudier les propriétés électromagnétiques des films carbonés ultra-minces. «Nous nous attendons à ce qu’ils puissent absorber jusqu’à 50 % de la puissance des micro-ondes incidentes, malgré le fait que leur épaisseur ne représente qu’une petite fraction de la profondeur de la peau», explique le Dr Alain Celzard, chercheur à la tête d’une équipe qui étudie ces propriétés.

Grâce à l’initiative NAmiceMC, financée par l’UE, l’équipe a entrepris de mettre au point un moyen bon marché, léger et respectueux de l’environnement pour créer un blindage électromagnétique. Inspirée par une structure unique que l’on retrouve dans les yeux des papillons de nuit, l’équipe cherchait à créer un matériau capable d’absorber les longueurs d’ondes micro-ondes.

NAmiceMC a comparé les différences d’efficacité du blindage électromagnétique dans les mousses de carbone, les films de carbone ultra-minces et les composites carbone. Les chercheurs ont testé ces différents matériaux sur une gamme de fréquences micro-ondes et les ont comparés à un modèle théorique de l’électromagnétisme des matériaux.

L’équipe a réalisé une étude comparative de l’efficacité du blindage électromagnétique de différents matériaux et de leurs dispositions. «Nous avons démontré, dans le cadre de ce projet, que tous les types de structure de carbone que nous avons étudiés permettraient de résoudre le problème de compatibilité électromagnétique», déclare M. Celzard.

Composés utiles

L’équipe a constaté que, lorsque la légèreté est un critère déterminant, il est préférable d’utiliser des films de carbone minces et des mousses ou aérogels de carbone. En revanche, lorsque de bonnes propriétés mécaniques sont nécessaires, ils ont remarqué que les composites polymères remplis de carbone constituaient le meilleur choix pour un blindage à haute efficacité de protection contre les interférences électromagnétiques.

Les chercheurs ont mis en place une base de données renfermant une vaste collection de propriétés électromagnétiques et d’efficacité du blindage électromagnétique pour chaque type de matériau étudié dans le cadre du projet. Ils ont proposé une disposition efficace des particules d’une manière qui décrit les caractéristiques les plus importantes des composites à base de graphite exfolié. L’équipe a réussi à élaborer une méthodologie utile et claire pour modéliser ces dispositions sans utiliser de logiciel commercial.

«Cette méthodologie a permis de mieux comprendre les processus physiques des composites à base de nanocarbone», note le Dr Celzard. L’équipe a constaté que les matériaux de blindage les plus appropriés sont ceux qui présentent la conductivité la plus élevée possible dans la plage des basses fréquences et qui ont une faible épaisseur.

NAmiceMC s’attendait à une absorption élevée qui affecterait la taille des cellules et des fenêtres des mousses de carbone réticulées dans la disposition des matériaux. Cependant, l’équipe a constaté que la conductivité du squelette de carbone était si élevée que ces structures étaient essentiellement réfléchissantes dans les plages des basses fréquences et des micro-ondes. Les chercheurs ont été surpris de constater que les mousses de carbone réticulées pouvaient être très absorbantes dans la plage des térahertz, beaucoup plus élevées que la taille de fenêtre prévue.

Aller de l’avant

L’équipe de NAmiceMC poursuit activement ses recherches dans le domaine des applications électromagnétiques de diverses structures poreuses en carbone. Elle prévoit de concevoir de nouvelles métasurfaces à partir d’une technique développée pendant la période du projet, capable de transformer des structures 3D de forme arbitraire en matériaux magnétiques carbonés.

Par ailleurs, les chercheurs de NAmiceMC entendent prouver de façon expérimentale le concept d’un trou noir électromagnétique et construire un prototype de détecteur électromagnétique très sensible. Ils ont déjà soumis, cette année, une proposition MSCA RISE consacrée à cette activité.

Thèmes

Life Sciences

Mots-clés

NAmiceMC, blindage électromagnétique, mousses de carbone, propriétés électromagnétiques, composites carbone, compatibilité électromagnétique, blindage micro-onde