酸化ビスマスナノ粒子が産業廃棄物ベースの電磁波遮蔽と熱安定性に及ぼす影響

Scientific Reports volume 13、記事番号: 1787 (2023) この記事を引用

1459 アクセス

1 引用

1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

金鉱山の尾鉱、フライアッシュ、バガスアッシュは、強化された電磁干渉シールド効率 (EMI-SE) と高い熱特性を備えたジオポリマー (GP) を製造するために再利用されています。 GPはコンクリートに比べて遮蔽効率が低いです。 このため、EMI-SE を強化するには、適切なフィラーをマトリックスに組み込む必要があります。 この研究では、酸化ビスマスナノマテリアル (BiNP) を添加フィラーとして利用しました。 BiNP の含有率を変化させて、GP の EMI-SE に対する影響を評価しました。 形態学的には、Bi2O3 が GP のマトリックスに埋め込まれており、新しいアルミニウム層状ケイ酸塩鉱物が形成されていないことが示されています。 これは、一部の鉱物がマトリックスの内部充填剤としてのみ機能したことを示しています。 圧縮強度は、合成された GP 複合材料が 20 MPa 以上であり、そのままの GP が最大強度に達していることを示しています。 さらに、純粋な GP の EMI-SE は 20 ～ 4500 MHz の範囲で 21.2 dB でした。 これは、GP のみが EMI 放射を減衰するのに十分な特性を備えていることを示しています。 5%、10%、および 15% 重量の BiNP を添加すると、EMI-SE が 4 ～ 10% 改善され、5% BiNP が最適な比率であることが示されています。 最後に、BiNP の添加により GP の熱安定性が向上します。 この研究は、Bi2O3 を組み込んだ GP が小規模建築物や小規模住宅用建物に推奨できることを示しています。

近年、電子機器や大型機器の発展は人類社会に恩恵をもたらしています。 しかし、人間の健康に影響を与える可能性のある電磁放射（EMR）汚染が前例のないほど増加しているため、多くの懸念も引き起こされました1、2。 EMR ソース信号は、航空分野や医療分野などのさまざまな業界でも問題を引き起こしています。 また、電子機器の誤動作や劣化を引き起こし、敵のネットワークを無力化するための軍事兵器 (EM パルス) として使用される可能性もあります 3,4,5。 このため、人が電磁放射線にさらされる可能性を減らし、敏感な電子機器を保護するには、顕著な電磁波シールド特性を備えた材料の製造に関する研究が必要です。

EMI シールド材料に関するほとんどの研究は、コーティングや薄いパネルなどの軽量材料を対象としており、通常は炭素ベースの材料と導電性および磁気吸収体を含む発泡体やポリマーに基づいて製造されます。 グラフェン、グラファイト、炭素繊維、およびナノチューブ (CNT) やナノロッドなどのナノ形態の炭素などの炭素ベースの材料は、効果的な吸収材料として広く使用されています。 ただし、EMRアドミッタンスを制限するためにシールド特性を強化した建設用途などの大規模なEMR保護は、機械的特性と化学的安定性が低いため、これらのポリマーベースの材料にとっては不利になります。 近年、EM放射線に対するシールドとして機能し、追加の炭素ベースのフィラーを必要としない建築材料の開発に注目が集まっています。 この注目の多くは、固有の含水量、高密度特性、低コスト、および小規模または大規模用途での取り扱いの容易さのため、普通ポルトランド セメント (OPC) に集中しています。 しかし、その生産は大量の人為的 CO2 排出量の 5 ～ 7% を占める大量の温室効果ガスの原因となっています6。 これにより、世界中の多くの研究者が、二酸化炭素排出量の低い代替材料を追求するようになりました。

さらに、OPC とその構成部品の調達が困難な低資源環境では、コンクリートの代替となる、土着または地元で入手可能な原料が必要です。 過去 10 年間で OPC ベースのコンクリートに代わる可能性のある材料の 1 つがジオポリマーです。 この材料は、天然および/または産業廃棄物を主原料とするアルカリ活性化アルミノケイ酸塩バインダーです。