El Instituto Coreano de Ciencia de los Materiales (KIMS) afirma haber desarrollado el primer material de película compuesta ultrafina del mundo que absorbe más del 99 % de las ondas electromagnéticas de varias bandas de frecuencia, incluidas 5G, 6G, Wi-Fi y radar para conducción autónoma. Los resultados están llamados a revolucionar el blindaje de la electrónica.
En su nuevo y exhaustivo manual"Materiales de revestimiento para electrónica", publicado el año pasado por Leuze-Verlag, su autor, el Dr. Manfred Suppa, utiliza sus décadas de experiencia para demostrar la gran importancia de la protección de las superficies para la fiabilidad de la electrónica. Dice, por ejemplo En los propios conjuntos, los elementos importantes sólo se reconocen a simple vista, entre ellos los materiales de revestimiento. Ni las altas frecuencias que se requieren hoy en día ni las altas tensiones necesarias en la electrónica de potencia, por no hablar de los requisitos de fiabilidad y seguridad que todo el mundo espera, pueden dominarse sin recubrimientos.
Esto se puede demostrar especialmente bien con un ejemplo tan macabro como definitivo y, por desgracia, muy actual: La disponibilidad de materiales de recubrimiento adecuados también influye decisivamente en la seguridad y fiabilidad de la electrónica militar y, por ende, en la vida humana. No en vano, la transición masiva a la guerra electrónica en los últimos veinte años ha impulsado el desarrollo de determinados materiales de revestimiento (junto con el blindaje metálico clásico). Las medidas de guerra electrónica como la interferencia, el engaño y la neutralización limitan o incluso eliminan la capacidad del adversario para conducir, reconocer y efectuar sus fuerzas y activos electrónicamente. Al mismo tiempo, los métodos de guerra electrónica, por ejemplo mediante el uso de medios electromagnéticos y acústicos, se utilizan para dirigir las fuerzas propias. Se intenta influir en el control electrónico sensible de las armas o los sistemas de radar mediante señales masivas de interferencia de radiofrecuencia y restringir o, en el mejor de los casos, eliminar su funcionamiento. En la guerra entre Rusia y Ucrania, la guerra electrónica ha alcanzado cotas sin precedentes. La protección adecuada de los sistemas de control de misiles y drones frente a la influencia del enemigo da una nueva importancia a un blindaje eficaz, barato y fácil de realizar.
Sin embargo, en la transición a la conducción autónoma, en las redes digitales de TI, en los sistemas de control para la producción automatizada y en la tecnología médica, la cuestión de garantizar la fiabilidad y la seguridad también es cada vez más importante, y con ella la cuestión de las interferencias externas, incluido el blindaje. Por ello, no es de extrañar que en todo el mundo se esté trabajando intensamente en nuevas soluciones adecuadas.
Láminas para un apantallamiento eficaz
Por todo ello, el siguiente comunicado de prensa del 8 de octubre de 2024 es de gran importancia. El equipo de investigación dirigido por los doctores Byeongjin Park y Sang Bok Lee, de la División de Investigación de Materiales Compuestos y Convergentes del Instituto Coreano de Ciencia de Materiales (KIMS, Changwon), afirma haber desarrollado el primer material compuesto de película ultrafina del mundo capaz de absorber con un solo material más del 99% de las ondas electromagnéticas de varias bandas de frecuencia importantes para 5G/6G, WiFi y conducción autónoma [1].
Este material de absorción y apantallamiento de ondas electromagnéticas tiene menos de 0,5 mm de grosor y se caracteriza por un bajo índice de reflexión de menos del uno por ciento y un alto índice de absorción de más del 99% en tres bandas de frecuencia diferentes. Esto significa que el nuevo material de apantallamiento puede utilizarse, por un lado, para evitar la radiación de ondas autogeneradas y, por otro, para proteger contra ondas externas, es decir, para que la propia electrónica protegida no se vea afectada desde el exterior.
Las ondas electromagnéticas emitidas por los componentes electrónicos propios o ajenos pueden causar interferencias, lo que puede provocar una pérdida de rendimiento en los componentes de otros dispositivos electrónicos o en los propios. Por ello, las tareas de los materiales de apantallamiento electromagnético pueden ser bastante complejas. Los apantallamientos utilizados hasta la fecha son mucho más gruesos y, por tanto, requieren más material, lo que significa que los dispositivos que protegen son más voluminosos de lo necesario. Además, su eficacia de apantallamiento suele dejar mucho que desear.
Los materiales de apantallamiento electromagnético convencionales sólo reflejan más del 90% de las ondas, mientras que la tasa de absorción real suele ser sólo del 10%. Sin embargo, la absorción de las ondas electromagnéticas es más eficaz para reducir las interferencias que su mera reflexión. Además, los materiales con mayores índices de absorción suelen limitarse a absorber ondas electromagnéticas dentro de una única banda de frecuencias.
Para superar estas limitaciones, el equipo de investigación desarrolló un material compuesto capaz de absorber ondas electromagnéticas en varias bandas de frecuencia simultáneamente. Esta tecnología absorbe y elimina las ondas electromagnéticas, resolviendo los problemas de interferencias secundarias. Además, el innovador material de alta tecnología es lo bastante fino, flexible y duradero como para conservar su forma incluso después de plegarlo y desplegarlo miles de veces, lo que lo hace apto para su uso en dispositivos fijos y portátiles(Fig. 1).
Película compuesta de polímero modificado como base
El equipo sintetizó un material magnético modificando la estructura cristalina de la ferrita para que pudiera absorber selectivamente las frecuencias deseadas. Produjeron una película compuesta de polímero ultrafina y añadieron patrones conductores en la parte posterior de la película para controlar la propagación de las ondas electromagnéticas. Ajustando la forma del patrón conductor, se puede reducir drásticamente la reflexión de las ondas electromagnéticas en determinadas frecuencias. Además, se aplicó una fina capa de nanotubos de carbono con altas propiedades de apantallamiento en la parte posterior para mejorar aún más la capacidad de apantallamiento del material contra las ondas electromagnéticas(Fig. 2).
Fig. 2: Muestra de la nueva película de blindaje de KIMS
Para teléfonos móviles, vehículos autónomos y electrónica militar
El investigador principal Byeongjin Park, del KIMS, que dirigió el proyecto, comentó: "A medida que aumentan las aplicaciones de comunicación 5G/6G, crece la importancia de los materiales de absorción y apantallamiento de ondas electromagnéticas. Este material tiene el potencial de mejorar significativamente la fiabilidad de los dispositivos de comunicación inalámbrica, como los teléfonos inteligentes y los radares para vehículos autónomos." Las estaciones base (células pequeñas) y las antenas de satélite para comunicaciones en órbita baja también pueden beneficiarse de la tecnología de absorción dominante. Sin embargo, otra fuente informó de que hasta ahora solo dos o tres empresas de Estados Unidos, Japón y Alemania pueden comercializar la tecnología del equipo de investigación surcoreano, ya que estos materiales requieren tecnologías de diseño de materiales de vanguardia para lograr un rendimiento avanzado en las bandas de frecuencia 5G/6G, por ejemplo. El equipo de investigación ha mantenido conversaciones con varias empresas sobre la transferencia de tecnología para la producción en serie del material protector absorbente.
Fig. 3: Representación esquemática de la película protectora propuesta con una capa compuesta magnética, una rejilla conductora estructurada y una película de nanotubos de carbono de doble pared.
Proyecto financiado
El proyecto de investigación fue financiado por los proyectos de investigación básica del KIMS y el Grupo de Investigación Integrada de Soluciones Electromagnéticas (SEIF) del Consejo Nacional de Investigación Científica y Tecnológica. Los resultados se publicaron como artículo de portada en el número del 1 de octubre de 2024 de la revista internacional "Advanced Functional Materials" (primer autor: Dr. Byeongjin Park) [2]. El equipo de investigación ha completado la solicitud de patente nacional y también ha solicitado patentes en EE.UU., China y otros países. Además, la tecnología se ha transferido a varias empresas nacionales de materiales y actualmente se está aplicando en dispositivos reales de comunicación y automóviles. Como Corea del Sur también es conocida por ser un importante fabricante tanto de sistemas de armamento como de electrónica relacionada, cabe suponer que el nuevo desarrollo también encontrará aplicación en este sector.
Referencias
[1] www.kims.re.kr/v17/bbx/board.php?bx_table=en_04_02&wr_id=204&page=1www.kims.re.kr/v17/bbx/board.php?bx_table=en_04_02&wr_id=204&page=1 (Abruf 19.1.25).
[2] https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adfm.202406197 (consultado el 25.2.25).
