Влияние наночастиц оксида висмута на экранирование электромагнитных помех и термическую стабильность промышленных отходов

Aug 01, 2023

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 1787 (2023) Цитировать эту статью

1194 Доступа

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Хвосты золотых рудников, летучая зола и зола жома были перепрофилированы для производства геополимера (GP) с повышенной эффективностью экранирования электромагнитных помех (EMI-SE) и высокими термическими свойствами. ГП имеет низкую эффективность экранирования по сравнению с бетоном. В связи с этим в его матрицу необходимо включать соответствующий наполнитель для повышения его EMI-SE. В этом исследовании в качестве аддитивного наполнителя использовался наноматериал оксида висмута (BiNP). Процентное содержание BiNP варьировали, чтобы оценить его влияние на EMI-SE GP. Морфология показывает, что Bi2O3 внедрился в матрицу ГП и новых алюмосиликатных минералов не образовалось. Это указывает на то, что некоторые минералы выступали лишь в качестве внутренних наполнителей матрицы. Прочность на сжатие синтезированных композитов ГП составила более 20 МПа, при этом чистая ГП достигла максимальной прочности. При этом EMI-SE чистого ГП составил 21,2 дБ для диапазона 20–4500 МГц. Это указывает на то, что один лишь GP обладает достаточными характеристиками для ослабления электромагнитного излучения. Добавление 5%, 10% и 15% массы BiNP улучшает EMI-SE на 4–10%, при этом 5% BiNP оказывается оптимальным соотношением. Наконец, добавление BiNP улучшает термическую стабильность GP. Исследование показывает, что ГП в сочетании с Bi2O3 может быть рекомендован для маломасштабного строительства и небольших жилых домов.

Развитие электронных устройств и крупного оборудования в последние годы принесло пользу человеческому обществу. Однако это также вызвало большую обеспокоенность из-за беспрецедентного роста загрязнения электромагнитным излучением (ЭМИ), которое может повлиять на здоровье человека1,2. Сигнал источника ЭМИ также вызывает проблемы в различных отраслях, таких как авиация и медицина. Оно также вызывало неисправности и выход из строя электронных устройств и могло использоваться в качестве боевого оружия (ЭМ-импульс) для нейтрализации сетей противника3,4,5. В связи с этим необходимы исследования по созданию материалов со значительными свойствами экранирования ЭМ, чтобы уменьшить потенциальное воздействие ЭМ-излучения на человека и защитить чувствительные электронные устройства.

Большинство исследований, посвященных материалам, экранирующим электромагнитные помехи, направлены на легкие материалы, такие как покрытия и тонкие панели, обычно изготавливаемые на основе пен и полимеров, содержащих материалы на основе углерода, а также проводящие и магнитные поглотители. Материалы на основе углерода широко используются в качестве эффективных поглощающих материалов, таких как графен, графит, углеродные волокна и наноформы углерода, такие как нанотрубки (УНТ) и наностержни. Однако крупномасштабная защита от ЭМИ, например, в строительстве с улучшенными экранирующими свойствами для ограничения проникновения ЭМИ, будет недостатком для этих материалов на основе полимеров из-за их плохих механических свойств и химической стабильности. В последние годы внимание было сосредоточено на разработке строительного материала, который действовал бы как защита от ЭМ-излучения и не требовал бы дополнительного наполнителя на основе углерода. Большая часть этого внимания была сосредоточена на обычном портландцементе (ОПЦ) из-за его свойственного содержания воды, свойств высокой плотности, низкой стоимости и простоты обращения в малых или крупных масштабах. Однако его производство является причиной большого количества парниковых газов, на долю которых приходится 5–7% общих антропогенных выбросов CO26. Это побудило многих исследователей во всем мире искать альтернативные материалы с меньшим выбросом углекислого газа.

Кроме того, в условиях ограниченности ресурсов, когда OPC и его составляющие компоненты трудно закупить, необходима альтернатива бетону: местные или местные исходные материалы. Одним из материалов, который стал широко популярным за последнее десятилетие и который потенциально может заменить бетоны на основе OPC, является геополимер. Этот материал представляет собой активируемое щелочью алюмосиликатное связующее, в качестве основного сырья которого используются природные и/или промышленные отходы.