Efeito da nanopartícula de óxido de bismuto na blindagem contra interferência eletromagnética e estabilidade térmica de resíduos industriais

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 1787 (2023) Citar este artigo

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Rejeitos de minas de ouro, cinzas volantes e cinzas de bagaço foram reaproveitados para produzir geopolímero (GP) com eficiência aprimorada de proteção contra interferência eletromagnética (EMI-SE) e alta propriedade térmica. GP tem baixa eficiência de blindagem em comparação ao concreto. Devido a isso, um enchimento apropriado deve ser incorporado em sua matriz para aprimorar seu EMI-SE. Para este estudo, o nanomaterial de óxido de bismuto (BiNP) foi utilizado como carga aditiva. O conteúdo percentual de BiNP foi variado para avaliar sua influência no EMI-SE do GP. A morfologia mostra que o Bi2O3 foi incorporado na matriz do GP, e nenhum novo mineral de filossilicato de alumínio foi formado. Isto indica que alguns minerais atuaram apenas como cargas internas na matriz. A resistência à compressão mostra que os compósitos GP sintetizados eram superiores a 20 MPa, com o GP puro atingindo a resistência máxima. Além disso, o EMI-SE do GP puro foi de 21,2 dB para a faixa de 20–4500 MHz. Isto indica que o GP sozinho possui características suficientes para atenuar a radiação EMI. A adição de 5%, 10% e 15% do peso de BiNP melhora o EMI-SE em 4–10%, com 5% de BiNP sendo a proporção ideal. Por último, a adição de BiNP melhora a estabilidade térmica do GP. Este estudo mostra que o GP incorporado ao Bi2O3 pode ser recomendado para construções de pequena escala e pequenas construções residenciais.

O desenvolvimento de dispositivos eletrônicos e equipamentos de grande porte beneficiou a sociedade humana nos últimos anos. No entanto, também suscitou muita preocupação devido ao aumento sem precedentes da poluição por radiação eletromagnética (EMR), que pode afetar a saúde humana1,2. O sinal da fonte EMR também causou problemas em vários setores, como o setor de aviação e médico. Também desencadeou mau funcionamento e deterioração de dispositivos eletrônicos e poderia ser usado como arma militar (pulso EM) para neutralizar redes de um inimigo3,4,5. Devido a isso, é necessária pesquisa no que diz respeito à fabricação de materiais com propriedades significativas de blindagem EM para reduzir a exposição humana potencial à radiação EM e proteger dispositivos eletrônicos sensíveis.

A maioria dos estudos direcionados a materiais de blindagem EMI são voltados para materiais leves, como revestimentos e painéis finos, geralmente fabricados à base de espumas e polímeros contendo materiais à base de carbono e absorvedores condutores e magnéticos. Materiais à base de carbono têm sido amplamente utilizados como materiais absorventes eficazes, como grafeno, grafite, fibras de carbono e nanoformas de carbono, como nanotubos (CNTs) e nanobastões. No entanto, a protecção EMR em larga escala, tal como em aplicações de construção com propriedades de blindagem melhoradas para restringir a admissão de EMR, seria uma desvantagem para estes materiais à base de polímeros devido às suas fracas propriedades mecânicas e estabilidade química. Nos últimos anos, a atenção tem sido direcionada para o desenvolvimento de um material de construção que funcione como um escudo contra a radiação EM e não exija enchimento adicional à base de carbono. Grande parte desta atenção tem sido centrada no cimento Portland comum (OPC) devido ao seu conteúdo intrínseco de água, propriedade de alta densidade, baixo custo e facilidade de manuseio em aplicações de pequena ou grande escala. No entanto, a sua produção é responsável por uma grande quantidade de gases com efeito de estufa, que representam 5–7% do total das emissões antropogénicas de CO26. Isso levou muitos pesquisadores em todo o mundo a buscar materiais alternativos e com menor pegada de carbono.

Além disso, num ambiente de poucos recursos onde o OPC e os seus componentes constituintes são difíceis de adquirir, é necessária uma alternativa ao betão: materiais de origem indígenas ou disponíveis localmente. Um material que se tornou amplamente popular na última década e que poderia potencialmente substituir os concretos à base de OPC é o geopolímero. Este material é um ligante de aluminossilicato ativado por álcalis que utiliza resíduos naturais e/ou industriais como matéria-prima primária.