Los motores eléctricos y los dispositivos electrónicos generan campos electromagnéticos que a veces deben ser blindados para no afectar los componentes electrónicos vecinos o la transmisión de señales. Los campos electromagnéticos de alta frecuencia solo se pueden proteger con carcasas conductoras cerradas por todos los lados. A menudo se utilizan para este propósito láminas de metal delgadas o láminas metalizadas. Sin embargo, para muchas aplicaciones, dicho blindaje es demasiado pesado o no se adapta demasiado a la geometría dada. La solución ideal sería una luz, material flexible y duradero con una eficacia de protección extremadamente alta.

Aerogeles contra la radiación electromagnética

Un equipo de investigación dirigido por Zhihui Zeng y Gustav Nyström ha logrado un gran avance en esta área. Los investigadores están utilizando nanofibras de celulosa como base para un aerogel, que es una luz, material muy poroso. Las fibras de celulosa se obtienen a partir de madera y, debido a su estructura química, permiten una amplia gama de modificaciones químicas. Por lo tanto, son un objeto de investigación muy popular. El factor crucial en el procesamiento y modificación de estas nanofibras de celulosa es poder producir determinadas microestructuras de forma definida e interpretar los efectos conseguidos. Estas relaciones entre estructura y propiedades son el campo de investigación del equipo de Nyström en Empa.

Los investigadores han logrado producir un compuesto de nanofibras de celulosa y nanocables de plata. y así creó estructuras finas ultraligeras que proporcionan un excelente blindaje contra la radiación electromagnética. El efecto del material es impresionante:con una densidad de solo 1,7 miligramos por centímetro cúbico, el aerogel de celulosa reforzado con plata alcanza un blindaje de más de 40 dB en el rango de frecuencia de la radiación de radar de alta resolución (8 a 12 GHz); en otras palabras:prácticamente toda la radiación en este rango de frecuencia es interceptada por el material.

Los cristales de hielo controlan la forma

No solo la correcta composición de los alambres de celulosa y plata es decisiva para el efecto de blindaje, pero también la estructura de poros del material. Dentro de los poros los campos electromagnéticos se reflejan hacia adelante y hacia atrás y, además, activan campos electromagnéticos en el material compuesto, que contrarrestan el campo de incidentes. Para crear poros de tamaño y forma óptimos, los investigadores vierten el material en moldes preenfriados y dejan que se congele lentamente. El crecimiento de los cristales de hielo crea la estructura de poros óptima para amortiguar los campos.

Con este método de producción, el efecto de amortiguación se puede especificar incluso en diferentes direcciones espaciales:si el material se congela en el molde de abajo hacia arriba, el efecto de amortiguación electromagnética es más débil en la dirección vertical. En la dirección horizontal, es decir. perpendicular a la dirección de congelación:el efecto de amortiguación se optimiza. Las estructuras de blindaje fundidas de esta manera son muy flexibles:incluso después de doblarse hacia adelante y hacia atrás mil veces, el efecto de amortiguación es prácticamente el mismo que con el material original. La absorción deseada incluso se puede ajustar fácilmente agregando más o menos nanocables de plata al compuesto, así como por la porosidad del aerogel fundido y el espesor de la capa fundida.

El escudo electromagnético más ligero del mundo.

En otro experimento, los investigadores eliminaron los nanocables de plata del material compuesto y conectaron sus nanofibras de celulosa con nanoplacas bidimensionales de carburo de titanio, que fueron producidos mediante un proceso de grabado especial. Las nanoplacas actúan como "ladrillos" duros que se unen con un "mortero" flexible hecho de fibras de celulosa. Esta formulación también se congeló en formas enfriadas de manera selectiva. En relación al peso del material, ningún otro material puede lograr tal blindaje. Esto clasifica al aerogel de nanocelulosa de carburo de titanio como, con mucho, el material de protección electromagnética más ligero del mundo.