¿Estas harto de que las ondas electromagnéticas interfieran en tu vida? Pues cada vez se está más cerca de poder evitarlo, y este reciente avance permite que cada vez se esté más cerca debido al algodón carbonizado.
Las interferencias electromagnéticas, son perjudiciales para la salud, comunicaciones y funcionamiento de equipos sensibles, y todo funciona a través de ellas y cada vez más por que cada vez dependemos aun más de los dispositivos electrónicos, y como propuesta a terminar con que esta radiación electromagnética llegue a perjudicarnos, se ha hecho esta investigación. [1]
Video 1: Representación de como la tela es capaz de inhibir las ondas electromagnéticas [3]
Ahora la cosa está en ver que materiales se pueden utilizar para esto, por que tradicionalmente lo que se usa son metales, pero los metales presentan serios inconvenientes ya que estos son bastante pesados y no sería fácil de usar en determinadas ocasiones, además de su poca flexibilidad y tendencia a oxidarse por sus características redox.
Por ello se centra la investigación en el uso de materiales que se basan en carbono, que este si es más fácil de usar en general, ya que presenta ventajas como puede ser que son ligeros, resistentes, flexibles y baratos.
Por lo tanto, se va a usar algodón carbonizado, ya que el algodón puede carbonizarse para convertirse en un conductor eléctrico sin perder su funcionalidad, lo que lo convierte en una plataforma ideal para evitar que las ondas lleguen a nuestro organismo.
Por ello se centra la investigación en el uso de materiales que se basan en carbono, que este si es más fácil de usar en general, ya que presenta ventajas como puede ser que son ligeros, resistentes, flexibles y baratos.
Por lo tanto, se va a usar algodón carbonizado, ya que el algodón puede carbonizarse para convertirse en un conductor eléctrico sin perder su funcionalidad, lo que lo convierte en una plataforma ideal para evitar que las ondas lleguen a nuestro organismo.
¿Cuál es la finalidad de este estudio?
En este estudio, el propósito principal consiste en examinar cómo la temperatura afecta la carbonización del algodón en lo referente a la conductividad y la capacidad de apantallamiento de las hebras de algodón recubiertas con nanocápsulas de Ni@C previo a la carbonización.
La finalidad de este trabajo es lograr compuestos livianos, maleables y muy repelentes al agua que puedan interceptar y detener el paso de las ondas electromagnéticas, lo cual generará una manera novedosa de proteger contra las ondas electromagnéticas al utilizar una sustancia distinta, puesto que esta tiene características diferentes como ser más sencilla de manipular, más fuerte…
¿Cómo se llevo a cabo la investigación?
Para esta investigación lo primero que se debe de hacer es coger el algodón y dividirlo en dos partes, por una estará la que se va a llevar a carbonización directa jugando con la temperatura para ver la influencia que tiene la temperatura con las propiedades finales del algodón carbonizado.
Por otra parte, lo que esta la otra parte de algodón que no ha sido carbonizada, lo que se le va a hacer es que se va a recubrir con las nanocápsulas de Ni@C, formando el nanocompuesto previo a la carbonización, y este recubrimiento de nanopartículas facilitara un análisis detallado del impacto particular de estas nanopartículas en contraste con el algodón carbonizado tal cual.
Mediante esta metodología comparativa, es viable distinguir las disparidades estructurales, eléctricas exhibidas por ambos tipos de materiales.
Las técnicas que se van a utilizar son las siguientes:
- Estudiar tipos de enlace
- Medir ángulos de contacto.
Por último, se van a realizar las mediciones electromágneticas para así poder calcular la eficacia que tiene sobre las ondas electromagnéticas.
¿Que resultados se obtuvieron de este estudio?
1. Estructura y morfología.
Tras la carbonización de las telas estas reducen su tamaño aproximadamente un 51% pero independientemente estas siguen manteniendo su estructura textil y su flexibilidad [2].
Figura 1: Tela de algodón tras la carbonización [1]
La superficie de la tela se vuelve negra y más rugosa que anteriormente lo que beneficia las interacciones electromagnéticas.
Además, al añadirle las nano cápsulas de Ni@C se puede observar como estas se unen fuertemente a las fibras de la tela.
2. Superhidrofibicidad extrema.
Al realizar la carbonización de las telas estas adquieren unos ángulos de contactos de entre 157º y 162º, los que convierten a las telas en materiales superhidrofóbicos, aportando esto una mayor estabilidad frente a la corrosión, una gran durabilidad en ambientes húmedos además de tener un mantenimiento de las propiedades EMI en unas condiciones reales.
Figura 2: Ángulos de contactos tras la carbonización a distintas temperaturas [1]
3. Distribución de elementos y formación de sulfuro de níquel.
Las fibras de algodón de la tela contienen carbono y azufre y en los materiales de Ni@C ocurre un fenómeno clave el cual es que el níquel “atrae” al azufre y esta forma sulfuros de níquel (NiS, Ni₃S₂, Ni₉S₈) durante el proceso de carbonización los cuales son altamente conductores lo que mejoran el apantallamiento EMI.
4. Estructura del carbono: defectos y grafitización.
Mediante la utilización de las técnicas Raman y XPS se puede descubrir cual es la estructura real de nuestra nueva tela, la cual a mayor temperatura aumenta el número de enlaces C-C lo que mejora la conductividad, además también se puede apreciar que los defectos del carbono generan unos dipolos eléctricos los cuales favorecen la absorción de las ondas y por último se puede observar que a 800ºC podemos obtener la mejor conductividad en todas las muestras de tela estudiadas.
Figura 3: Estructura de las telas carbonizadas [1]
5. Propiedades electromagnéticas.
El comportamiento de las EMI depende totalmente de la temperatura:
- A 500-600ºC, la transmitancia aún es muy alta y los materiales son poco efectivos ante el apantallamiento.
- A 700-800ºC, se reduce casi totalmente la transmisión de las ondas y se llega a alcanzar entre un 99-99.5% del bloqueo de las ondas (mediante la absorción y reflexión).
6. Permisividad eléctrica y mecanismos de atenuación.
Al aumentar la temperatura se puede observar que el almacenamiento eléctrico disminuye mientras que las pérdidas dieléctricas suben significativamente, en cuanto a la constante de atenuación esta aumenta, lo que implica una mayor capacidad para disipar las ondas microondas.
Mecanismos de apantallamiento:
Las telas de algodón carbonizadas pueden atenuar las EMI mediante varios procesos simultáneos como lo son:
- Conducción eléctrica, mediante la red grafítica y los sulfuros de níquel.
- Dispersión múltiple, debido a la estructura tejida y a los poros.
- Polarización interfacial, debido a los huecos entre las fibras, a los defectos y a las nanopartículas.
- Pérdidas dieléctricas, debido a los defectos y a las redes conductoras producidas.
¿Que se puede deducir de este estudio?
La conclusión a la que se llega es que las telas de algodón carbonizadas, sobre todo las que tienen las nanocápsulas se convierten en materiales ultraligeros, flexibles, superhidrofóbicos, y muy eficaz para el apantallamiento de las interferencias electromagnéticas.
Es bastante interesante porque después del procedimiento han mantenido la estructura y flexibilidad, son muy baratas de producir, y por lo tanto es bastante fácil de producir a gran escala, y esto no sería un problema, que en caso de que fuera caro o difícil de producir si lo sería, también hay que tener en cuenta que en el análisis de la temperatura se deduce que ajustando la temperatura de carbonización se puede cambiar la conductividad, son también muy eficientes y sobre todo su campo de aplicación principal es la electrónica portátil y dispositivos flexibles debido a su capacidad de ocupar poco espacio y ser altamente flexible.
Para los próximos años se prevee que cada vez se utilicen más y puedan ser bastante efectivos, pero por el momento esta aun en desarrollo, aunque con algo de paciencia, puede que en años proximos sea produzca un importante avance.
Referencias:
[1] Dianjun Zhang, Yijun Liao, Sateesh Bandaru, Xuefeng Zhang. 2021 Flexible and superhydrophobic carbonized cotton fabrics for effective electromagnetic interference shielding. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 2021. Volume, 540, 168434, DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2021.168434.
[2] Zhang J, Long H, Zhang P. Structure and characterization of carbonized cotton knitted fabric. Textile Research Journal. 2022;92(19-20):3719-3732. DOI: 10.1177/00405175221093659
[3] MXene-Coated Fabrics for EMI Shielding: https://www.youtube.com/watch?v=T5qjWYVGfjA (Fecha de acceso 23/11/2025)
Eladio Ortega Castro y Domingo Salazar Ordóñez.
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