Effet des nanoparticules d'oxyde de bismuth sur le blindage contre les interférences électromagnétiques et la stabilité thermique des déchets industriels

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 1787 (2023) Citer cet article

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Les résidus de mines d'or, les cendres volantes et les cendres de bagasse ont été réutilisés pour produire un géopolymère (GP) avec une efficacité de protection contre les interférences électromagnétiques (EMI-SE) améliorée et des propriétés thermiques élevées. Le GP a une faible efficacité de blindage par rapport au béton. De ce fait, une charge appropriée doit être incorporée dans sa matrice pour améliorer son EMI-SE. Pour cette étude, le nanomatériau d’oxyde de bismuth (BiNP) a été utilisé comme charge additive. Le pourcentage de teneur en BiNP a été varié pour évaluer son influence sur l'EMI-SE du GP. La morphologie montre que Bi2O3 était intégré dans la matrice du GP et qu'aucun nouveau minéral alumino-phyllosilicate ne s'est formé. Cela indique que certains minéraux n’agissent que comme charges internes dans la matrice. La résistance à la compression montre que les composites GP synthétisés étaient supérieurs à 20 MPa, le GP pur atteignant la résistance maximale. De plus, l'EMI-SE du GP pur était de 21,2 dB pour la plage de 20 à 4 500 MHz. Cela indique que le GP seul possède des caractéristiques suffisantes pour atténuer le rayonnement EMI. L'ajout de 5 %, 10 % et 15 % en poids de BiNP améliore l'EMI-SE de 4 à 10 %, 5 % de BiNP étant le rapport optimal. Enfin, l'ajout de BiNP améliore la stabilité thermique du GP. Cette étude montre que le GP incorporé au Bi2O3 peut être recommandé pour les constructions à petite échelle et les petits bâtiments résidentiels.

Le développement des appareils électroniques et des gros équipements a profité à la société humaine ces dernières années. Cependant, cela a également suscité de nombreuses inquiétudes en raison de l’augmentation sans précédent de la pollution par les rayonnements électromagnétiques (EMR), qui peuvent affecter la santé humaine1,2. Le signal source EMR a également causé des problèmes dans diverses industries, telles que le secteur aéronautique et médical. Il provoquait également des dysfonctionnements et des détériorations d’appareils électroniques et pouvait être utilisé comme arme militaire (EM pulse) pour neutraliser les réseaux d’un ennemi3,4,5. Pour cette raison, des recherches sur la fabrication de matériaux dotés de propriétés de blindage EM significatives sont nécessaires pour réduire l'exposition humaine potentielle aux rayonnements EM et protéger les appareils électroniques sensibles.

La plupart des études portant sur les matériaux de blindage EMI portent sur des matériaux légers tels que des revêtements et des panneaux minces, généralement fabriqués à base de mousses et de polymères contenant des matériaux à base de carbone et des absorbeurs conducteurs et magnétiques. Les matériaux à base de carbone ont été largement utilisés comme matériaux absorbants efficaces, tels que le graphène, le graphite, les fibres de carbone et les nanoformes de carbone telles que les nanotubes (CNT) et les nanotiges. Cependant, une protection EMR à grande échelle, comme dans les applications de construction avec des propriétés de blindage améliorées pour limiter l'admission des EMR, serait un inconvénient pour ces matériaux à base de polymères en raison de leurs mauvaises propriétés mécaniques et de leur stabilité chimique. Ces dernières années, l'attention s'est portée sur le développement d'un matériau de construction qui agirait comme un bouclier contre les rayonnements EM et ne nécessiterait pas de charge supplémentaire à base de carbone. Une grande partie de cette attention s'est concentrée sur le ciment Portland ordinaire (OPC) en raison de sa teneur intrinsèque en eau, de sa propriété de haute densité, de son faible coût et de sa facilité de manipulation dans des applications à petite ou grande échelle. Cependant, sa production est responsable d’une grande quantité de gaz à effet de serre, qui représentent 5 à 7 % des émissions anthropiques totales de CO26. Cela a conduit de nombreux chercheurs du monde entier à rechercher des matériaux alternatifs à faible empreinte carbone.

De plus, dans un environnement à faibles ressources où l'OPC et ses composants sont difficiles à se procurer, une alternative au béton est nécessaire : des matériaux de source indigènes ou disponibles localement. Le géopolymère est un matériau devenu très populaire au cours de la dernière décennie et susceptible de remplacer les bétons à base d'OPC. Ce matériau est un liant aluminosilicate activé par les alcalis qui utilise des déchets naturels et/ou industriels comme matière première principale.