Materiales compuestos de matriz polimérica usados para el blindaje de interferencia electromagnética
Resumen
Este trabajo tiene como propósito revisar el estado del arte en la síntesis y caracterización de materiales de matriz polimérica reforzados con compuestos a base de carbón o ferritas para su uso como materiales atenuadores de interferencia electromagnética (EMI). Recientemente, este tipo de materiales han sido objeto de investigación debido a sus potenciales aplicaciones tecnológicas, economía y de ser además ambientalmente amigables, puesto que polímeros o cauchos reciclados se pueden utilizar para su fabricación. Estos compuestos pueden ser empleados en la producción de blindajes electromagnéticos, transductores, entrega focalizada de medicamentos, marcación de órganos, hipertermia magnética, etc. Para la fabricación de este tipo de materiales compuestos se usan refuerzos particulados, fibras o láminas y como matrices polímeros termoplásticos o termoestables, cauchos sintéticos o naturales. El método de producción de los compuestos (mezcla fundida, métodos químicos, etc.) influye en las propiedades eléctricas, magnéticas y electromagnéticas del material obtenido, debido a la relación de aspecto de los refuerzos: compuestos con elevada relación de aspecto de sus refuerzos tendrán mejores propiedades magnéticas, eléctricas y desempeño frente a la interferencia electromagnética. El blindaje electromagnético de estos materiales se cuantifica a través de la efectividad del blindaje (SE) o en otros casos a través de la pérdida reflectiva (RL). Una efectividad de blindaje de 30 dB corresponde a 99,9% de atenuación de la radiación electromagnética incidente. En todos los trabajos se comprueba que las propiedades del compuesto dependen de la cantidad y del tipo de refuerzo adicionado a la matriz.
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Agencias de apoyo:
Universidad Nacional de Colombia, Universidad de MálagaReferencias bibliográficas
Bayat, M., Yang, H., Ko, F. K., Michelson, D., & Mei, A. (2014). Electromagnetic interference shielding effectiveness of hybrid multifunctional Fe3O4/carbon nanofiber composite. Polymer, 55(3), pp. 936-943. doi: 10.1016/j.polymer.2013.12.042
Kong, I., Hj Ahmad, S., Hj Abdullah, M., Hui, D., Nazlim Yusoff, A., & Puryanti, D. (2010). Magnetic and microwave absorbing properties of magnetite-thermoplastic natural rubber nanocomposites. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 322(21), pp. 3401-3409. doi: 10.1016/j.jmmm.2010.06.036
Thomassin, J.-M., Jérôme, C., Pardoen, T., Bailly, C., Huynen, I., & Detrembleur, C. (2013). Polymer/carbon based composites as electromagnetic interference (EMI) shielding materials. Materials Science and Engineering: R: Reports, 74(7), pp. 211-232. doi:
1016/j.mser.2013.06.001
Chung, D. D. L. (2001). Electromagnetic interference shielding effectiveness of carbon materials. Carbon, 39(2), pp. 279-285. doi:10.1016/S0008-6223(00)00184-6
Markham, D. (1999). Shielding: quantifying the shielding requirements for portable electronic design and providing new solutions by using a combination of materials and design. Materials & Design, 21(1), pp. 45-50. doi:10.1016/S0261-3069(99)00049-7
Al-Saleh, M. H., & Sundararaj, U. (2009). Electromagnetic interference shielding mechanisms of CNT/polymer composites. Carbon, 47(7), pp. 1738-1746. doi: 10.1016/j.carbon.2009.02.030
Ramajo, L. A., Cristóbal, A. A., Botta, P. M., Porto López, J. M., Reboredo, M. M., & Castro, M. S. (2009). Dielectric and magnetic response of Fe3O4/epoxy composites. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 40(4), pp. 388-393. doi: 10.1016/j.compositesa.2008.12.017
Arjmand, M., Mahmoodi, M., Gelves, G. A., Park, S., & Sundararaj, U. (2011). Electrical and electromagnetic interference shielding properties of flowinduced oriented carbon nanotubes in polycarbonate. Carbon, 49(11), pp. 3430-3440. doi: 10.1016/j.carbon.2011.04.039
Al-Saleh, M. H., & Sundararaj, U. (2009). A review of vapor grown carbon nanofiber/polymer conductive composites. Carbon, 47(1), pp. 2-22. doi: 10.1016/j.carbon.2008.09.039
Ghosh, P., & Chakrabarti, A. (2000). Conducting carbon black filled EPDM vulcanizates: assessment of dependence of physical and mechanical properties and conducting character on variation of filler loading. European Polymer Journal, 36, pp. 1043–1054. doi:10.1016/S0014-3057(99)00157-3
Mohanraj, G. t., Chaki, T. k., Chakraborty, A., and Khastgir, D. (2006). AC impedance analysis and EMI shielding effectiveness of conductive SBR composites. Polym Eng Sci, 46, pp. 1342-1349. doi: 10.1002/pen.20593
Madani, M. (2009). Conducting carbon black filled NR/ IIR blend vulcanizates: Assessment of the dependence of physical and mechanical properties and electromagnetic interference shielding on variation of filler loading. Journal of Polymer Research, 17(1), pp. 53-62. doi: 10.1007/s10965-009-9289-4
Ling, Q., Sun, J., Zhao, Q., & Zhou, Q. (2011). Effects of Carbon Black Content on Microwave Absorbing and Mechanical Properties of Linear Low Density Polyethylene/Ethylene-Octene Copolymer/Calcium Carbonate Composites. Polymer-Plastics Technology and Engineering, 50(1), pp. 89-94. doi:10.1080/03602559.2010.531416
Oh, J.-H., Oh, K.-S., Kim, C.-G., and Hong, C.-S. (2004). Design of radar absorbing structures using glass/epoxy composite containing carbon black in X-band frequency ranges. Composites Part B: Engineering, 35, pp. 49-56. doi: 10.1016/j.compositesb.2003.08.011
Al-Saleh, M. H., & Sundararaj, U. (2009). Electromagnetic interference shielding mechanisms of CNT/polymer composites. Carbon, 47(7), pp. 1738-1746. doi: 10.1016/j.carbon.2009.02.030
Das, N.C., Khastgir, D., Chaki, T.K., and Chakraborty, A. (2000). Electromagnetic interference shielding effectiveness of carbon black and carbon fibre filled EVA and NR based composites. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 31, pp. 1069-1081. doi:10.1016/S1359-835X(00)00064-6
Al-Saleh, M.H., and Sundararaj, U. (2011). Electrically conductive carbon nanofiber/ polyethylene composite: effect of melt mixing conditions. Polym. Adv. Technol, 22, pp. 246–253. doi: 10.1002/pat.1526
Fan, Z., Luo, G., Zhang, Z., Zhou, L., & Wei, F. (2006). Electromagnetic and microwave absorbing properties of multi-walled carbon nanotubes/polymer composites. Materials Science and Engineering: B, 132(1), pp. 85-89. doi: 10.1016/j.mseb.2006.02.045
Micheli, D., Apollo, C., Pastore, R., Bueno Morles, R., Laurenzi, S., and Marchetti, M. (2011). Nanostructured composite materials for electromagnetic interference shielding applications. Acta Astronautica, 69, pp. 747-757. doi: 10.1016/j.actaastro.2011.06.004
Moon, J.-S., and Gaskill, D.K. (2011). Graphene: Its Fundamentals to Future Applications. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 59, pp. 2702–2708. doi:10.1109/TMTT.2011.2164617
Makled, M. H., Matsui, T., Tsuda, H., Mabuchi, H., El-Mansy, M. K., & Morii, K. (2005). Magnetic and dynamic mechanical properties of barium ferrite–natural rubber composites. Journal of Materials Processing Technology, 160(2), pp. 229-233. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2004.06.013
Liu, J., Liu, P., Zhang, X., Lu, P., Zhang, X., & Zhang, M. (2016). Fabrication of magnetic rubber composites by recycling waste rubber powders via a microwaveassisted in situ surface modification and semi-devulcanization process. Chemical Engineering Journal, 295, pp. 73-79. doi: 10.1016/j.cej.2016.03.025
Vinayasree, S., Soloman, M., Sunny, V., Mohanan, P., Kurian, P., & Anantharaman, M. (2013). A microwave absorber based on strontium ferrite-carbon black-nitrile rubber for S and X-band applications. Composites Science and Technology, 82, pp. 69-75. doi: 10.1016/j.compscitech.2013.04.010
Bellucci, F. S., Lobato de Almeida, F. C., Lima Nobre, M. A., Rodríguez-Pérez, M. A., Paschoalini, A. T., & Job, A. E. (2016). Magnetic properties of vulcanized natural rubber nanocomposites as a function of the concentration, size and shape of the magnetic fillers. Composites Part B: Engineering, 85, pp. 196-206. doi: 10.1016/j.compositesb.2015.09.013
Sunny, V., Kurian, P., Mohanan, P., Joy, P. A., & Anantharaman, M. R. (2010). A flexible microwave absorber based on nickel ferrite nanocomposite. Journal of Alloys and Compounds, 489(1), pp. 297-303. doi: 10.1016/j.jallcom.2009.09.077
Weidenfeller, B., Höfer, M., & Schilling, F. (2002). Thermal and electrical properties of magnetite filled polymers. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 33(8), pp. 1041-1053. doi:10.1016/S1359-835X(02)00085-4
Singh, A. P., Mishra, M., Hashim, D. P., Narayanan, T. N., Hahm, M. G., Kumar, P., Gupta, B. K. (2015). Probing the engineered sandwich network of vertically aligned carbon nanotube-reduced grapheme oxide composites for high performance electromagnetic interference shielding applications. Carbon, 85, pp. 79-88. doi: 10.1016/j.carbon.2014.12.065
Shi, Z., Lian, Y., Zhou, X., Gu, Z., Zhang, Y., Iijima, S., Zhou, L., Yue, K.T., and Zhang, S. (1999). Mass-production of singlewall carbon nanotubes by arc discharge method. Carbon, 37, pp. 1449-1453.
Maser, W.K., Muñoz, E., Benito, A.M., Martínez, M.T., de la Fuente, G.F., Maniette, Y., Anglaret, E., and Sauvajol, J.-L. (1998). Production of high-density single-walled nanotube material by a simple laserablation method. Chemical Physics Letters, 292, pp. 587-593. doi:10.1016/S0009-2614(98)00776-3
Kong, J., Cassell, A.M., and Dai, H. (1998). Chemical vapor deposition of methane for single-walled carbon nanotubes. Chemical Physics Letters, 292, pp. 567–574. doi: 10.1016/S0009-2614(98)00745-3
El-Nashar, D. E., Ahmed, N. M., & Agami, W. R. (2013). The effect of new ferrite/kaolin pigment on the properties of acrylonitrile-butadiene rubber composites. Materials & Design, 52, pp. 108-117. doi: 10.1016/j.matdes.2013.05.047
Garzón Posada, A. O. (2015). Síntesis y caracterización de un material compuesto a base de polietileno de alta densidad y magnetita pulverizada. (Tesis de maestría). Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá.
Song, W.-L., Cao, M.-S., Lu, M.-M., Bi, S., Wang, C.-Y., Liu, J., Yuan, J., and Fan, L.-Z. (2014). Flexible graphene/polymer composite films in sandwich structures for effective electromagnetic interference shielding. Carbon 66, pp. 67-76. doi:
1016/j.carbon.2013.08.043
Pang, H., Fan, M., and He, Z. (2012). A method for analyzing the microwave absorption properties of magnetic materials. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 324, pp. 2492-2495. doi: 10.1016/j.jmmm.2012.03.018
Panwar, V., Sachdev, V. K., & Mehra, R. M. (2007). Insulator conductor transition in low-density polyethylene-graphite composites. European Polymer Journal, 43(2), pp. 573-585. doi: 10.1016/j.eurpolymj.2006.11.017
Al-Saleh, M. H., & Sundararaj, U. (2008). Electromagnetic Interference (EMI) Shielding Effectiveness of PP/PS Polymer Blends Containing High Structure Carbon Black. Macromolecular Materials and Engineering, 293(7), pp. 621-630. doi: 10.1002/mame.200800060
J. Liang, Y. Wang, Y. Huang, Y. Ma, Z. Liu, J. Cai, C. Zhang, H. Gao, Y. Chen, (2009). Enhanced electromagnetic interference shielding efficiency of polystyrene/graphene composites with magnetic Fe3O4 nanoparticles. Carbon, 47, pp. 922-925. doi: 10.1016/j.carbon.2014.10.031
Zhao, C., Zhang, A., Zheng, Y., and Luan, J. (2012). Electromagnetic and microwave-absorbing properties of magnetite decorated multiwalled carbon nanotubes prepared with poly (N-vinyl-2-pyrrolidone). Materials Research Bulletin, 47, pp. 217-221. doi: 10.1016/j.materresbull.2011.11.047
