Epoxi/CNTs nanocomposites for EMI shielding applications - Final Year Project presentation
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NANOCOMPUESTOS EPOXI/CNTS PARA SU NANOCOMPUESTOS EPOXI/CNTS PARA SU APLICACIÓN EN TECNOLOGÍAS DE APLICACIÓN EN TECNOLOGÍAS DE APANTALLAMIENTO ELECTROMAGNÉTICO APANTALLAMIENTO ELECTROMAGNÉTICO PROYECTO FIN DE CARRERA PROYECTO FIN DE CARRERA INGENIERÍA INDUSTRIAL INGENIERÍA INDUSTRIAL Tutora Tutora : María Crespo : María Crespo Director Director : Javier Pozuelo : Javier Pozuelo Antonio Martín-Cobo Antonio Martín-Cobo
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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 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. http://es.linkedin.com/in/antoniomcb/
Transcript of Epoxi/CNTs nanocomposites for EMI shielding applications - Final Year Project presentation
NANOCOMPUESTOS EPOXI/CNTS PARA SU NANOCOMPUESTOS EPOXI/CNTS PARA SU APLICACIÓN EN TECNOLOGÍAS DE APLICACIÓN EN TECNOLOGÍAS DE
APANTALLAMIENTO ELECTROMAGNÉTICOAPANTALLAMIENTO ELECTROMAGNÉTICO
PROYECTO FIN DE CARRERAPROYECTO FIN DE CARRERA
INGENIERÍA INDUSTRIALINGENIERÍA INDUSTRIAL
TutoraTutora: María Crespo: María CrespoDirectorDirector: 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:
···2log105.39
fSEr
···7.8 fdd
fSEa
Buscamos materiales con:•↑ conductividad •↑ permeabilidad
2. Introducción.Apantallamiento EMI
¿Metales? NO
Nanocomposites poliméricosque 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. Nanocompositescon CNTs
e ≈ 2 mm
baño ultrasonidos 5
curado
curado
Poli(propilenglicol) diglicidil éter (DER 736, Dow Chemicals)
•Flexible•Baja viscosidad•Translúcida
CNx
CNTsoxidación
UV
CNTsoxidación
ε = ε´+ ε´´ σ= 2·π·f· ε0 ·ε´´
···7,8 fdSEa
• Reflexión y absorción(4 parámetros de scattering):S11 S12 S21 S22
• Medida más real
2
21
2
111log10
S
SSEa
63. Nanocomposites
con CNTs
permitividad
parte complejaparte real
conductividad eléctrica
permeabilidadmagnética
Shielding Efficiency
Analizador de redes
Analizador de redes
Buckypaper
US-CNTs/epoxi
Buckypaper
US-CNTs/epoxi
73. Nanocomposites
con CNTs
Sonda de líquidos sobreestima apantallamiento por reflexión y desestima apantallamiento por absorción
3. Nanocompositescon CNTs
absorción
reflexión
total
absorción
reflexión
total
8
•Aumento del apantallamiento total
•Aumento del ancho de banda apantallada
•Límite a altas frecuencias
3. Nanocompositescon CNTs
¿Cómo podemos mejorar la absorción?
9
Hc y Mr ≈ 0
M
H
Efecto del tamaño de partícula:
Dc
MultidominioMonodominio
SuperparamagnetismoD (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
CNTsoxidación
CNTsoxidados
TREG
Fe3(acac) (III)
H2SO4 HNO3
τ (nm)
MWCNTs-
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
165. 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
TribunalTribunalMaría GonzálezAntonio AznarViviana Jehová
ProfesoresProfesoresMaría CrespoJavier Pozuelo
