Materiais absorvedores de radiação eletromagnética baseados em filmes finos multicamadas de cobre (Cu) e níquel (Ni)

Abstract

Atualmente, desenvolvimentos nas áreas de telecomunicações e microeletrônica têm aumentado a presença de radiações espúrias, as quais podem promover interferência eletromagnética e poluição ambiental. Visando contribuir com as áreas de materiais para blindagem eletromagnética e para absorvedores de radiação eletromagnética este trabalho teve como principal objetivo estudar a obtenção de filmes finos metálicos, mono e bicamadas, nas espessuras de 10, 65 e 200 nm/camada, baseados nos metais Cobre (Cu) e Níquel (Ni), depositados sobre um substrato polimérico de poli(tereftalato de etileno) (PET), pela técnica de magnetron sputtering. Os filmes obtidos foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura com emissão de campo (MEV-FEG), microscopia de força atômica, espectroscopia de raios X por dispersão de energia, medidas de condutividade elétrica AC e DC, difração de raios X (DRX) e caracterização eletromagnética na faixa de frequências de 8,2 a 12,4 GHz, via medidas das energias refletida, absorvida e transmitida, dos parâmetros complexos da permissividade elétrica e permeabilidade magnética e de blindagem eletromagnética. As análises de MEV-FEG mostraram que os filmes foram depositados com sucesso e as texturas dos mesmos variaram em função da energia livre dos metais utilizados. Os filmes com a superfície mais externa de Ni (substrato PET e camada de Ni), apresentaram textura mais densa e fina. Já os filmes de Cu (substrato PET e camada de Cu) se caracterizaram por uma superfície com mais vazios entre as ilhas formadas. Os resultados de DRX mostraram que os filmes formaram óxidos dos respectivos metais nas superfícies, os quais levaram a baixos valores de condutividade elétrica (10-11 a 10-6 S/cm). Os filmes monocamada com 10, 65 e 200 nm de espessura apresentaram resultados pouco significativos na caracterização eletromagnética, exceto o filme de Ni de 200 nm, que apresentou atenuação de ~30% tipo banda larga na banda X. Os filmes bicamadas de PET/Cu/Ni e PET/Ni/Cu com 65 e 200 nm/camada apresentaram atraentes valores de atenuação. Todos os filmes apresentaram comportamento do tipo banda larga na banda X. Esses resultados de blindagem são atribuídos à interface metal-metal, que favoreceu maiores perdas por polarização interfacial. Os resultados obtidos com os filmes bicamadas com 65 e 200 nm/camada são relevantes, considerando as suas reduzidas espessuras, leveza e flexibilidade.

Currently, developments in the areas of telecommunication and microelectronics have increased the presence of spurious radiation, which can promote electromagnetic interference and environmental pollution. Aiming to contribute to the areas of electromagnetic shielding materials and radar absorbing materials, this work had as its objective to study the obtainment of thin metallic films, mono and bilayers, in the thicknesses of 10, 65, and 200 nm/layer, based on the metals copper (Cu) and nickel (Ni), deposited on a polymeric substrate of poly(ethylene terephthalate)(PET) by the magnetron sputtering technique. The films obtained were characterized by field emission gun scanning electron microscopy (FEG-SEM), atomic force microscopy, energy dispersion X-ray spectroscopy, measurements of AC and DC electrical conductivity, X-ray diffraction (XRD), and electromagnetic characterization in the frequency range of 8.2 to 12.4 GHz, via measurements of reflected, absorbed, and transmitted energy, complex parameters of electrical permittivity and magnetic permeability, and electromagnetic shielding. FEG-SEM analyses showed that the films were successfully deposited and that their textures varied as a function of the free energy of the metals used. The films with the outermost surface of Ni showed a denser and finer texture. A surface with more voids between the formed islands characterized the Cu films. XRD results showed that the films formed oxides of the respective metals on the surfaces, which led to low electrical conductivity values (10-11 to 10-6 S/cm). The 10, 65, and 200 nm thick monolayer films showed little significant results in the electromagnetic characterization, except for the Ni_200nm film, which showed ~30% attenuation in broadband. The PET/Cu/Ni and PET/Ni/Cu bilayer films with 65 and 200 nm/layer already showed attractive attenuation values. All films showed broadband-like behavior in the X-band. These shielding results are attributed to the metal-metal interface, which favored more significant losses by interfacial polarization. The results obtained with bilayer films with 65 and 200 nm/layer are relevant, considering their reduced thickness, lightness, and flexibility.