Epoxi/CNTs nanocomposites for EMI shielding applications - Final Year Project presentation
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In this Project epoxy-based composites loaded with carbon nanotubes were prepared, with the aim of evaluating their applicability as electromagnetic shields in the GHz frequency range. For this ...

In this Project epoxy-based composites loaded with carbon nanotubes were prepared, with the aim of evaluating their applicability as electromagnetic shields in the GHz frequency range. For this purpose, two different methods of nanoreinforcement dispersion have been attempted: infiltration of the epoxy within a preformed laminar structure of carbon nanotubes (buckypaper) and direct high-energy ultrasonic dispersion of carbon nanotubes in the uncured matrix. Through these techniques composites were manufactured and their electromagnetic shielding efficiency has been assessed. The results have been justified based on the morphological differences of carbon nanotubes derived from each preparation method.

Subsequently magnetite-decorated carbon nanotubes were incorporated by ultrasonic dispersion, in order to study a possible electromagnetic synergy between magnetic inclusions and electric charge carriers. Electromagnetic shielding efficiency of this composite was evaluated and compared with results previously obtained from the materials containing only carbon nanotubes.

Besides electromagnetic shielding characteristics, materials were characterized by complementary methods as Transmission Electron Microscopy (TEM and HR-TEM), X-ray diffraction (XRD) and Vibrating Sample Magnetometry by (VSM).

The results presented suggest that these materials could be suitable as high frequency electromagnetic absorbers. EMI shielding values have been achieved up to 11 dB with a specific thickness of less than 1mm, supporting the relevance of this line of research.

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Epoxi/CNTs nanocomposites for EMI shielding applications - Final Year Project presentation Epoxi/CNTs nanocomposites for EMI shielding applications - Final Year Project presentation Presentation Transcript

  • NANOCOMPUESTOS EPOXI/CNTS PARA SUNANOCOMPUESTOS EPOXI/CNTS PARA SU APLICACIÓN EN TECNOLOGÍAS DEAPLICACIÓN EN TECNOLOGÍAS DE APANTALLAMIENTO ELECTROMAGNÉTICOAPANTALLAMIENTO ELECTROMAGNÉTICO PROYECTO FIN DE CARRERAPROYECTO FIN DE CARRERA INGENIERÍA INDUSTRIALINGENIERÍA INDUSTRIAL TutoraTutora: María Crespo: María Crespo DirectorDirector: Javier Pozuelo: Javier Pozuelo Antonio Martín-CobosAntonio Martín-Cobos
  • Nanocomposites con CNTs Motivación1. - Apantallamiento electromagnético (EMI) - Nanocomposites poliméricos - Nanotubos de carbono (CNTs) - Preparación de nanocomposites - Evaluación del apantallamiento electromagnético Índice 2. Introducción 3. Nanocomposites con CNTs y nanopartículas magnéticas4. - Composites con CNTs decorados con nanopartículas (NP’s) magnéticas - Evaluación del apantallamiento electromagnético Conclusiones y trabajo futuro5.
  • Avión furtivo Protección de equipos electrónicos 1. Motivación 1 dispositivo componentes
  • •Reflexión: •Absorción: µπ σ ···2 log105.39 f SEr += σµπ δ ···7.8 fd d fSEa =      = Buscamos materiales con: •↑ conductividad •↑ permeabilidad 2. Introducción. Apantallamiento EMI ¿Metales? NO Nanocomposites poliméricos que incorporen CNTs 2
  • Buckypapers US-CNTs/epoxi 2. Introducción. Nanocomposites poliméricos • Matriz epoxi • ↓ peso • ↓ coste • Fácil procesado • Fluidez • Nanotubos de carbono • Red conductora σ 3 Formados por: • Matriz •Carga Combinar las mejores propiedades
  • Parámetros que intervienen en sus características: • Relación de aspecto (L/d) • Número de capas • Cantidad de defectos SW/MW CNTs CNx 2. Introducción. Nanotubos de carbono Fabricación: CVD 4
  • Buckypapers infiltrados US- CNTs/epoxi e ≈ 300μm 3. Nanocomposites con CNTs e ≈ 2 mm baño ultrasonidos 5 curado curado Poli(propilenglicol) diglicidil éter (DER 736, Dow Chemicals) •Flexible •Baja viscosidad •Translúcida CNx CNTs oxidación UV CNTs oxidación
  • ε = ε´+ ε´´ σ= 2·π·f· ε0 ·ε´´ σµπ ···7,8 fdSEa = • Reflexión y absorción (4 parámetros de scattering): S11 S12 S21 S22 • Medida más real 2 21 2 111 log10 S S SEa − = 6 3. Nanocomposites con CNTs permitividad parte complejaparte real conductividad eléctrica permeabilidad magnética Shielding Efficiency Analizador de redes Analizador de redes
  • Buckypaper US-CNTs/epoxi Buckypaper US-CNTs/epoxi 7 3. Nanocomposites con CNTs
  • Sonda de líquidos sobreestima apantallamiento por reflexión y desestima apantallamiento por absorción 3. Nanocomposites con CNTs absorción reflexión total absorción reflexión total 8
  • •Aumento del apantallamiento total •Aumento del ancho de banda apantallada •Límite a altas frecuencias 3. Nanocomposites con CNTs ¿Cómo podemos mejorar la absorción? 9
  • Hc y Mr ≈ 0 M H Efecto del tamaño de partícula: Dc MultidominioMonodominio Superparamagnetismo D (nm) µr 4. CNTs y Nanopartículas magnéticas Hc(Oe) Magnetita (Fe2+ (Fe3+ )2O4) 10 Ciclo de histéresis
  • US-CNTs Mag/epoxi e ≈ 2 mm 4. CNTs y Nanopartículas magnéticas baño ultrasonidos 11 CNTs oxidación CNTs oxidados TREG Fe3(acac) (III) H2SO4 HNO3
  • τ (nm) MWCN Ts- Bayer 5,95 CNx 8,62 CNTs-Bayer CNx 4. CNTs y Nanopartículas magnéticas 12
  • CNx: •Nanopartículas agrupadas en racimos •Peor distribución 4. CNTs y Nanopartículas magnéticas 13 MWCNTs-Bayer: •Mayor densidad de nanopartículas •Mejor dispersas
  • Coercitividad: Hc=33,68 Oe Tamaño de partícula de 6-8 nm = Comportamiento superpara- magnético 4. CNTs y Nanopartículas magnéticas Magnetización de saturación: Ms=14,79 emu/g + DRX TEM 14
  • Composite con CNTs decorados con magnetita 5. CNTs y Nanopartículas magnéticas Composite con CNTs sin magnetita 15
  • CONCLUSIONES 16 5. Conclusiones y trabajo futuro
  • • Buckypapers infiltrados ↑ apantallamiento y ↑ conductividad •Composites US-CNTs/epoxi apantallamiento menor, pero más sencillos de fabricar •La decoración con nanopartículas magnéticas aumenta - Apantallamiento -Conductividad eléctrica 6. Conclusiones y trabajo futuro 17
  • •Mejorar la preparación de buckypapers infiltrados •Estudiar en detalle el efecto del espesor sobre el apantallamiento •Estudiar en profundidad las propiedades apantallantes de los composites mediante sonda coaxial 5. Conclusiones y trabajo futuro 18 e ≈ 300μm e ≈ 2 mm
  • TribunalTribunal María González Antonio Aznar Viviana Jehová ProfesoresProfesores María Crespo Javier Pozuelo