Elektromotoren und elektronische Geräte erzeugen elektromagnetische Felder, die oft abgeschirmt werden müssen, um benachbarte Elektronikbauteile oder die Übertragung von Signalen nicht zu beeinflussen. Dies ist bei hochfrequenten elektromagnetischen Feldern nur mit allseitig geschlossenen, leitfähigen Hüllen möglich. Oft werden dafür dünne Bleche oder metallbedampfte Folien verwendet, was aus Gewichts- oder Geometriegründen aber oft nicht möglich ist. Ideal wäre ein leichtes, flexibles und langlebiges Material mit extrem hoher Abschirmwirkung.
Ein Durchbruch in diesem Bereich gelang nun einem Forscherteam der Empa, indem sie eine Mixtur aus Zellulose-Nanofasern und Silber-Nanodrähten herstellten und damit ultraleichte Feinstrukturen erzeugen, die elektromagnetische Strahlung hervorragend abschirmen.
Beeindruckend ist dabei die Wirkung des Materials: Bei einer Dichte von nur 1,7 Milligramm pro Kubikzentimeter erzielt das silberverstärkte Zellulose-Aerogel im Frequenzbereich von hochauflösender Radarstrahlung (8 bis 12 GHz) mehr als 40 dB Abschirmung, das heißt, nahezu die gesamte Strahlung in diesem Frequenzbereich wird vom Material abgefangen. Entscheidend für die abschirmende Wirkung ist nicht nur die korrekte Mischung aus Zellulose und Silberdrähtchen, sondern auch die Porenstruktur des Materials. Innerhalb der Poren werden die elektromagnetischen Felder hin und her reflektiert und lösen zusätzlich im Composite-Material elektromagnetische Felder aus, die dem eingestrahlten Feld entgegenwirken.
Um zu Poren mit optimaler Größe und Form zu gelangen, gießen die Forscher das Material in vorgekühlte Formen und lassen es langsam ausfrieren. Das Wachstum der „Eiskristalle“ erzeugt die für die Dämpfung der Felder optimale Porenstruktur.
