Récemment, Sun Rong et d'autres chercheurs de l'Institut de technologie avancée de Shenzhen, relevant de l'Académie chinoise des sciences, ont proposé une méthode de traitement thermique simple en une seule étape pour préparer des matériaux en mousse de mélamine carbonisée légers, revêtus d'argent et d'oxyde de graphène réduit (CMF/rGO/Ag). Ce matériau composite en mousse de mélamine carbonisée présente d'excellentes propriétés mécaniques et un excellent blindage contre les interférences électromagnétiques (EMI SE).
L’essor des communications 5G et des smartphones a exacerbé le problème des interférences électromagnétiques.
De graves interférences électromagnétiques peuvent entraîner une perte de données, une défaillance du système et même mettre en danger la santé humaine.
Le développement de matériaux de blindage contre les interférences électromagnétiques hautes performances avec une densité ultra-faible et une bonne flexibilité mécanique est un moyen efficace de supprimer la pollution ou les radiations électromagnétiques nocives.
Pour les matériaux métalliques traditionnels, l’amélioration de la conductivité a toujours été la principale stratégie pour obtenir des matériaux de blindage hautes performances.
De plus, de nouveaux nanomatériaux tels que le graphène, les nanotubes de carbone et le MXène se sont également avérés avoir des performances de blindage EMI élevées.
Grâce à leur procédé de fabrication très flexible, les nanomatériaux sont transformés en mousse ou en film pour le blindage électromagnétique. Comparés à la forme expansée des nanomatériaux, les films denses présentent une conductivité supérieure.
Une conductivité élevée peut générer directement des EMI SE élevées en réfléchissant fortement les ondes électromagnétiques incidentes.
Par exemple, le coefficient de réflexion des ondes électromagnétiques des métaux hautement conducteurs dépasse généralement 90 %, ce qui signifie que 90 % des ondes électromagnétiques incidentes seront réfléchies dans l’espace libre.
Les ondes électromagnétiques réfléchies peuvent également provoquer une grave pollution par rayonnement électromagnétique secondaire. Obtenir des matériaux de blindage EMI performants et présentant un faible coefficient de réflexion des ondes électromagnétiques reste un défi.
Le matériau de blindage en mousse est composé d'une structure poreuse. Grâce à sa légèreté, sa bonne compressibilité mécanique et ses performances de blindage EMI ajustables, il offre un potentiel considérable pour remplacer les matériaux de blindage métalliques rigides traditionnels.
En particulier, la structure poreuse permet au matériau de blindage de type mousse de présenter des réflexions multiples évidentes sur les ondes électromagnétiques incidentes, permettant ainsi à la mousse d'absorber et d'atténuer ces ondes. Il a été démontré que la structure poreuse améliore l'absorption des ondes électromagnétiques par le MXene.
Comparée aux matériaux solides, la structure poreuse offre une meilleure adaptation d'impédance aux ondes électromagnétiques et permet aux ondes électromagnétiques incidentes de pénétrer dans la structure interne de la mousse de blindage. Par conséquent, les matériaux de blindage CEM à faible coefficient de réflexion et à coefficient d'absorption élevé doivent présenter une bonne adaptation d'impédance (faible réflexion) et une réflexion multiple élevée. Par exemple, des structures stratifiées, multicouches et isotropes ont été élaborées, présentant des coefficients SE et d'absorption CEM élevés. En général, les structures complexes et multicomposants nécessitent souvent un traitement en plusieurs étapes, ce qui entraîne une faible flexibilité mécanique.
La mousse de polyimide argentée a été préparée par pulvérisation physique et sa masse volumique était de 23 kg/m³. La mousse de mélamine argentée a été préparée par dépôt chimique. Elle présente un indice de conductivité électrique (IEC) élevé de 3 dB et une teneur en argent de 90 % en poids. Un procédé de placage autocatalytique de blindage contre les interférences électromagnétiques par mousse hybride de polyméthacrylimide revêtue de cuivre et de nickel et nanofibres à base de polymère revêtues de nanoparticules d'or est également proposé.
Cependant, en raison de l'inadéquation inhérente à l'interface entre le métal rigide et le cadre flexible, les matériaux de blindage en mousse métallique préparés par galvanoplastie, dépôt autocatalytique et projection physique présentent de faibles propriétés mécaniques. Améliorer la liaison entre les particules métalliques et le squelette en mousse flexible et obtenir des matériaux de blindage en mousse métallique dotés d'excellentes propriétés mécaniques demeurent des défis majeurs.
Dans cette étude, l'auteur a proposé une stratégie simple de traitement thermique en une seule étape pour préparer un matériau composite léger en mousse de mélamine carbonisée revêtue d'argent/oxyde de graphène réduit (CMF/rGO/Ag), qui présente d'excellentes propriétés mécaniques et un excellent effet de blindage électromagnétique (EMI SE). Grâce à l'interface renforcée entre la structure composite et l'argent, la mousse CMF/rGO/Ag a montré une excellente stabilité structurelle après 1000 50.6 cycles de compression-chargement. De plus, l'EMI SE de la mousse a atteint 16 dB pour une densité de seulement 2 mg cm² g-1 et une teneur en Ag ultra-faible de 0.09 vol.%.
Il est intéressant de noter que la coopération entre la structure poreuse et les multiples interfaces a permis d'obtenir un coefficient d'absorption exceptionnellement élevé (supérieur à 0.5) pour la mousse CMF/rGO/Ag. Le mécanisme de blindage à coefficient d'absorption élevé de la mousse CMF/rGO/Ag a été étudié plus en détail par analyse par éléments finis (AEF). Les excellentes performances de blindage CMF/rGO/Ag en champ proche montrent que cette mousse, faible densité et résistante, présente de nombreux avantages et de vastes perspectives d'application comme matériaux de blindage CMF pour les boîtiers électroniques.