Preparation and characterization of polyaniline-based magnetic nanocomposites for EMI shielding applications

Abstract

Among the wide applications of polymers, their use to reduce electronic noise is receiving great attention from the scientific and technological communities. This electronic noise is part of electromagnetic interference (EMI), which is responsible for the degradation of electronic systems or their interference with other electronics devices. The uncontrolled exposure to electromagnetic waves caused by the problems mentioned before can also be conducive to health concerns. Polyaniline (PAni) characteristics of frequency agility, light weight, simple tuning of functional properties and its non-corrosive nature, make this polymer a suitable material for the development of electromagnetic shielding materials where protection against noise without degradation of device performance is the main aim. Tuning of conductive and magnetic properties in PAni-based nanocomposites can be achieved by suitable selection of polymerization conditions and controlled addition of ferrites nanoparticles. PAni was synthesized by polymerization of aniline in presence of ammonium peroxydisulfate and HCl. The disperse phase consisted of low-coercivity (Zn-Mn ferrites) nanoparticles. Our work was focused on the synthesis of PAni matrix and the ferrite disperse nano-phase as well as the determination of suitable conditions for homogeneous dispersion of the nanoparticles during the polymerization process in order to achieve suitable homogeneity of the magnetic properties in the final composites. The results of magnetic characterization by Vibrating Sample Magnetometer (VSM) magnetometers, and structural and morphological characterization by X-ray Diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared (FT-IR), Scanning Electron Microscope (SEM), High Resolution Transmission Electron Microscopy (HRTEM) techniques respectively, are presented and discussed. The effect of the presence of ferrite nanocrystals on the thermal stability of the nanocomposites has been evaluated by Thermogravimetric analyses (TGA) of the composites produced at different PAni/ferrite molar ratios. The conductivity of synthesized PAni-based nanocomposites has also been calculated from Current Vs Voltage (I Vs V) measurements carried out at room temperature conditions.

Entre las amplias aplicaciones de polímeros, su uso para reducir el ruido electrónico está recibiendo la gran atención de las comunidades científicas y tecnológicas. Este ruido es parte de interferencia electromagnética (EMI) que es responsable por la degradación de sistemas electrónicos o su interferencia con otros dispositivos electrónicos. Hay también preocupaciones de salud relacionadas a la exposición no controlada a olas electromagnéticas causadas por los problemas mencionados antes. La Polianilina (PAni) por sus características de agilidad de frecuencia, ligero peso, simple reajuste de propiedades y su naturaleza no-corrosiva, le hace un material conveniente para el desarrollo de la aplicación para protección electromagnética, y consiguiendo la inmunización contra el ruido sin la degradación del desempeño. Ajustando las propiedades conductoras y magnéticas en el nanocompuesto basado en PAni pueden lograrse por la selección conveniente de condiciones de la polimerización y la adición controlada de nanoparticles de las ferritas. PAni se sintetizó por la polimerización de anilina en presencia de peroxidisulfato de amonio y HCl. La fase dispersa consistió en nanopartículas de baja coercividad (ferritas de MnZn). Nuestro trabajo se enfoca en la dispersión de las nanopartículas durante el proceso de polimerización para lograr la conveniente dispersión y homogeneidad de las propiedades magnéticas en el compuesto final. Los resultados de caracterización magnética fueron realizados por un magnetómetro de muestra vibrante (VSM), la caracterización estructural y morfológica fue realizada por difracción de rayos X (XRD), infrarrojo por transformada de Fourier (FT-IR), el microscopio electrónico de barrido (SEM), microscopio de transmisión electrónica de alta resolución (HRTEM), respectivamente, se presentarán y se discutirán. El efecto de la presencia de nanocristales de ferrita en la estabilidad térmica de los nanocompuestos ha sido evaluada por análisis termogravimétrico (TGA), de los compuestos producidos en diferentes relaciones molares de PAni/ferrita. La conductividad de los nanocompuestos sintetizados basados en PAni también ha sido calculada a partir de mediciones de Corriente Vs Voltaje (I Vs V) llevadas a cabo en condiciones de temperatura ambiente.