Aerogeles de grafeno y nanotubos de carbono. Nuevos materiales para el apantallamiento electromagnético

Mención Internacional en el título de doctorThe aim of this thesis has been the preparation and chemical, morphological an electrical characterization of conductive aerogels and the study of the electromagnetic shielding behavior in the frequency range of 0.5-18 GHz . The materials used for the preparation of these aerogels have been nanocarbons (graphene oxide and multiwalled carbon nanotubes) and the variables modified to carry out the study have been the percentage of conductive material, porosity and pore size, reduction degree of graphene oxide and the incorporation of magnetic nanoparticles to aerogels. The influence of pore size on aerogels of carbon nanotubes and chitosan prepared by freeze-drying was studied. The speed of freezing allows obtaining structures with different porosity and pore size. The results in EMI SE indicated that the higher the pore/wall ratio, the lower the reflection losses and the greater electromagnetic absorption. Graphene hybrid aerogels containing a variable amount of carbon nanotubes have been prepared by a modified hydrothermal treatment. These materials presented very big pores, in the range of 200 μm. The low reflection capacity of these materials (~20% of incident radiation), despite being conductors, has demonstrated the effect of the morphology of the material on the shielding behavior. Graphene aerogels have been subjected to thermal treatments at different temperatures. The conductivity was varied accordingly without altering the morphology and this effect allowed modulating the mechanisms of electromagnetic shielding. Finally, the effect on electromagnetic shielding of the decoration of graphene with magnetic nanoparticles was studied also.El objetivo de esta tesis ha sido la preparación de materiales porosos y conductores y el estudio de la variación del apantallamiento electromagnético en el intervalo de frecuencias de 0.5-18 GHz de estos materiales con respecto a la conductividad y porosidad de los mismos. Los materiales utilizados para la preparación de estos aerogeles han sido nanocarbones (grafeno y nanotubos de carbono) y las variables modificadas para llevar a cabo el estudio han sido el porcentaje de material conductor, la porosidad y tamaño de poros e incorporación de nanopartículas magnéticas a los aerogeles. Se ha estudiado la influencia del tamaño de poro en aerogeles de nanotubos de carbono y quitosano preparados mediante congelación liofilización. La velocidad de la congelación permite obtener estructuras con diferente porosidad y tamaño de poro. Los resultados en EMI SE indicaron que cuanto mayor era la relación poro/pared menores eran las pérdidas por reflexión y mayor la absorción Se han preparado aerogeles híbridos de grafeno y nanotubos de carbono con diferentes concentraciones con un tamaño de poro mayor a 200m mediante un tratamiento hidrotérmico modificado. La baja capacidad de reflexión de estos materiales (~20% de la radiación incidente), a pesar de ser conductores ha demostrado el efecto de la morfología del material con las propiedades en apantallamiento. Los aerogeles de grafeno han sido sometidos a tratamientos térmicos a diferentes temperaturas lo que ha permitido variar la conductividad sin alterar la morfología lo que permite modular los mecanismos de apantallamiento electromagnético. Por último, se estudió el efecto de la incorporación de nanopartículas magnéticas sobre la superficie de los aerogeles de grafeno en las propiedades de apantallamiento en comparación con su análogo sin nanopartículas.Esta Tesis Doctoral ha sido realizada en la Universidad Carlos III de Madrid y financiada a través de la beca PIPF (2014) de la misma Universidad y el proyecto MAT2014-57557-R del Ministerio de Economía y Competitividad.Programa Oficial de Doctorado en Ciencia e Ingeniería de MaterialesPresidente: Mauricio Terrones.- Secretario: Juan Carlos Cabanelas Valcárcel.- Vocal: Enrique Giménez Torre