Effetto della nanoparticella di ossido di bismuto sulla schermatura delle interferenze elettromagnetiche e sulla stabilità termica dei rifiuti industriali

Aug 01, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 1787 (2023) Citare questo articolo

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Gli sterili delle miniere d'oro, le ceneri volanti e le ceneri di bagassa sono stati riconvertiti per produrre geopolimeri (GP) con una maggiore efficienza di schermatura delle interferenze elettromagnetiche (EMI-SE) ed elevate proprietà termiche. GP ha una bassa efficienza schermante rispetto al calcestruzzo. Per questo motivo, è necessario incorporare un riempitivo appropriato nella sua matrice per migliorarne l'EMI-SE. Per questo studio, il nanomateriale di ossido di bismuto (BiNP) è stato utilizzato come riempitivo additivo. Il contenuto percentuale di BiNP è stato variato per valutare la sua influenza sull'EMI-SE di GP. La morfologia mostra che Bi2O3 era incorporato nella matrice di GP e non si formavano nuovi minerali di alluminio-fillosilicato. Ciò indica che alcuni minerali agivano solo come riempitivi interni nella matrice. La resistenza alla compressione mostra che i compositi GP sintetizzati erano superiori a 20 MPa, con il GP puro che raggiungeva la resistenza massima. Inoltre, l’EMI-SE del GP pulito era di 21,2 dB per la gamma 20–4500 MHz. Ciò indica che il GP da solo ha caratteristiche sufficienti per attenuare la radiazione EMI. L'aggiunta del 5%, 10% e 15% in peso di BiNP migliora l'EMI-SE del 4–10%, con il 5% di BiNP che si è rivelato il rapporto ottimale. Infine, l'aggiunta di BiNP migliora la stabilità termica del GP. Questo studio dimostra che il GP incorporato con Bi2O3 può essere consigliato per costruzioni su piccola scala e piccoli edifici residenziali.

Lo sviluppo di dispositivi elettronici e apparecchiature di grandi dimensioni ha apportato benefici alla società umana negli ultimi anni. Tuttavia, ha anche destato molta preoccupazione a causa dell’aumento senza precedenti dell’inquinamento da radiazioni elettromagnetiche (EMR), che potrebbe incidere sulla salute umana1,2. Il segnale sorgente EMR ha causato problemi anche in vari settori, come quello aeronautico e quello medico. Inoltre provocava malfunzionamenti e deterioramento dei dispositivi elettronici e poteva essere utilizzato come arma militare (impulso EM) per neutralizzare le reti nemiche3,4,5. Per questo motivo, è necessaria la ricerca sulla fabbricazione di materiali con significative proprietà di schermatura EM per ridurre la potenziale esposizione umana alle radiazioni EM e proteggere i dispositivi elettronici sensibili.

La maggior parte degli studi diretti sui materiali di schermatura EMI sono mirati a materiali leggeri come rivestimenti e pannelli sottili, solitamente fabbricati a base di schiume e polimeri contenenti materiali a base di carbonio e assorbitori conduttivi e magnetici. I materiali a base di carbonio sono stati ampiamente utilizzati come materiali assorbenti efficaci, come grafene, grafite, fibre di carbonio e nanoforme di carbonio come nanotubi (CNT) e nanobarre. Tuttavia, la protezione EMR su larga scala, come nelle applicazioni edili con proprietà di schermatura migliorate per limitare l’ammissione EMR, rappresenterebbe uno svantaggio per questi materiali a base polimerica a causa delle loro scarse proprietà meccaniche e stabilità chimica. Negli ultimi anni, l’attenzione si è concentrata sullo sviluppo di un materiale da costruzione che fungesse da scudo contro le radiazioni EM e non richiedesse ulteriori riempitivi a base di carbonio. Gran parte di questa attenzione è stata concentrata sul cemento Portland ordinario (OPC) per il suo contenuto intrinseco di acqua, proprietà ad alta densità, basso costo e facilità di movimentazione in applicazioni su piccola o larga scala. Tuttavia, la sua produzione è responsabile di una grande quantità di gas serra, che rappresentano il 5-7% delle emissioni totali di CO2 di origine antropica6. Ciò ha portato molti ricercatori a livello globale a ricercare materiali alternativi e con un’impronta di carbonio inferiore.

Inoltre, in un ambiente con scarse risorse in cui l’OPC e i suoi componenti costitutivi sono difficili da procurarsi, è necessaria un’alternativa al calcestruzzo: materiali di origine autoctoni o disponibili localmente. Un materiale diventato molto popolare nell’ultimo decennio e che potrebbe potenzialmente sostituire i calcestruzzi a base di OPC è il geopolimero. Questo materiale è un legante alluminosilicato attivato con alcali che utilizza come materia prima primaria i rifiuti naturali e/o industriali.