Electrically conductive coatings for electromagnetic shielding applications

This thesis deals with formulation and characterization of conductive coatings containing conductive organic fillers –polyaniline, carbon nanotubes and graphite nanoplatelets– in an epoxy or polyester resin matrix. The aim was to characterize their conductivity and to evaluate the performances of these coatings as electromagnetic shielding materials in the microwave region. First of all, polyaniline powders were synthesized and characterized by FTIR and thermal analysis to verify that the conductive form of polyaniline had been obtained and to evaluate the thermal stability, which is a key requirement for fillers of conductive coatings that require thermal curing. Then, coatings with different binders and different conductive fillers were prepared and studied with FTIR and measurement of surface resistance in order to find the most conductive formulation and investigate the effect of the possible synergistic interactions between PANI-ES and sp2 hybridized carbon nanomaterials. Once the most conductive formulations had been identified, electromagnetic shielding performances were evaluated with a measurement of electrical permittivity between 400 MHz and 12 GHz and with tests in a WR90 waveguide to directly measure the shielding effectiveness between 8.2 and 12.4 GHz. These tests were performed in collaboration with Politecnico di Torino. For the permittivity measurement coatings were deposited on mortar samples provided by Italcementi as preliminary tests for formulation of a material that can be applied as a thin layer coating on concrete walls, with the aim of developing a solution for the building of electromagnetically shielded rooms that does not require inserting metallic foils during construction.

Il lavoro di tesi riguarda la formulazione e la caratterizzazione di rivestimenti elettricamente conduttivi contenenti filler organici conduttivi –polianilina, nanotubi di carbonio e nanoplatelet di grafite– in matrice di resina epossidica o poliestere al fine di misurarne la conducibilità e di valutarne il comportamento come schermi per onde elettromagnetiche nelle microonde. Le polveri di polianilina sono state sintetizzate in laboratorio e caratterizzate con spettroscopia FTIR e analisi termiche per verificare che fossero effettivamente nella forma conduttiva e per valutarne la stabilità termica, requisito fondamentale per rivestimenti in matrici che reticolano ad alta temperatura. I rivestimenti con diverse matrici e filler sono stati preparati e caratterizzati con spettroscopia FTIR e misura della resistenza elettrica superficiale per determinare quale fosse la formulazione più conduttiva e studiare eventuali effetti sinergici dati dall’interazione della polianilina con i nanofiller carboniosi ibridizzati sp2. Una volta individuate, le formulazioni più conduttive sono state caratterizzate per le loro proprietà schermanti con misure di permittività tra 400 MHz e 12 GHz e con misure dirette di efficacia schermante mediante test in guida d’onda WR90 tra 8.2 e 12.4 GHz. Queste prove sono state svolte in collaborazione col Politecnico di Torino. Per le misure di permittività i rivestimenti sono stati depositati su malta cementizia fornita da Italcementi come test preliminari per l’ottenimento di un materiale schermante applicabile in un sottile strato su pareti in calcestruzzo, con l’intento di sviluppare soluzioni per costruire camere schermanti senza inserire lastre metalliche durante la costruzione.