Durch Menschen verursachte und natürliche elektromagnetische Interferenzen (EMI) können vorübergehende Störungen, Datenverluste und Ausfälle von elektronischen Geräten, Anlagen und Systemen bewirken. Diese Problematik birgt viele Herausforderungen und ist von entscheidender Bedeutung für die Branchen Luft- und Raumfahrt, Verteidigung, Medizin und Automobil. Tatsache ist, dass die EMI aufgrund der exponentiellen Zunahme der Elektronikdichte, die die Leistung von Geräten und angrenzenden Systemen beeinträchtigen kann, immens gestiegen sind.

Die Miniaturisierung hat das EMI-Problem weiter verschärft, da die gegenseitige Beeinflussung von Komponenten (z.B. das Übersprechen zwischen benachbarten Kabeln) zu mikroskopisch kleinen Störeffekten führen kann. Daher mussten geeignete Gegenmaßnahmen entwickelt werden, um EMI-Effekte zu unterdrücken (oder zu eliminieren).

Aktuelle Lösungen für die Kabelabschirmung reichen von starren und schweren, engmaschigen Geflechten bis hin zu stark überlappenden und teuren Folien auf Metallbasis (aus Aluminium oder Kupfer), die mit einer zusätzlichen Zinn-, Nickel- oder sogar Silberbeschichtung versehen werden können, um ein teureres Endsystem zu erhalten. Diese Materialien sind aufgrund ihrer hohen elektrischen Leitfähigkeit die bei weitem am häufigsten verwendeten Werkstoffe für die EMI-Abschirmung. Allerdings wurden viele Nachteile festgestellt, wie z.B. hohe Reflektivität, Korrosionsanfälligkeit, Gewichtsnachteil, hoher CO2-Fußabdruck und unwirtschaftliche Verarbeitung (da sie zeit- und energieintensiv sind).

Gleichzeitig kennt jeder das handelsübliche halbleitende XLPE auf Kohlenstoffbasis, das zur Homogenisierung des elektrischen Feldes von Hochspannungs-Wechselstrom- und -Gleichstromkabeln (HVAC bzw. HVDC) verwendet wird, sich aber nicht zur EMI-Abschirmung eignet, es sei denn, man verwendet einen unpraktisch dicken Kabelmantel (von 3 Millimetern oder mehr).

Vor diesem Hintergrund haben graphenbasierte Verbundwerkstoffe aufgrund der einzigartigen Kombination von elektrischen, thermischen, dielektrischen, magnetischen und/oder mechanischen Eigenschaften, die für eine effiziente elektromagnetische Abschirmung geeignet sind, großes Interesse geweckt.

Materialien, die auf mehrschichtigen Graphenblättern basieren, sind wegen ihrer einzigartigen Eigenschaften von besonderem Interesse. Vor kurzem hat sich Graphenest mit Delta Tecnic zusammengeschlossen, um die faszinierenden und vielversprechenden Eigenschaften dieser Kohlenstoffblätter zu nutzen und gemeinsam Verbundwerkstoffe auf Graphenbasis für elektrische und insbesondere elektromagnetische Abschirmungsanwendungen zu entwickeln. Die Verwendung von Graphen mit einem großen Aspektverhältnis und einer hohen Leitfähigkeit bietet eine hervorragende EMI-Abschirmung in einem breiten Frequenzbereich, insbesondere im hohen und sehr hohen Bereich, der für die neue Generation der 5G- und 6G-Kommunikation unerlässlich ist.

Dieses Material eröffnet eine beispiellose Möglichkeit zur schnelleren Herstellung von abgeschirmten Energie- und Datenkabeln, da ein teilweiser (oder vollständiger) Ersatz des Metallgeflechts (z. B. kann die Geflechtbedeckung weniger als 50 % betragen) die Produktion um mindestens das 40-fache beschleunigt (z.B. Extrudieren mit einer Geschwindigkeit von 200 m/min. anstelle des Geflechts mit 5 m/min.) und gleichzeitig erhebliche OPEX-Einsparungen ermöglicht.

Die Autoren des Beitrags sind Bruno Figueiredo und Eva Gotor.

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Über Delta Tecnic

Delta Tecnic wurde 1982 gegründet, um Rohstoffe für die Hersteller von Kunststoffen, Kabeln, Druckfarben, Farben und Kosmetika zu vermarkten und weltweit führende Marken zu vertreiben. Mit über 40 Jahren Erfahrung und einer Gesamtfläche von 20 000 m² mit drei Produktionsstätten, von denen sich zwei in Barcelona (Spanien) und eine in Querétaro (Mexiko) befinden, hat sich Delta Tecnic zu einem Marktführer unter den Handelsunternehmen in Spanien sowie zu einem der wichtigsten Hersteller von Masterbatch für die Kabel- und PVC-Industrie weltweit entwickelt. Unter den drei Geschäftsbereichen von Delta Tecnic hebt sich DeltaColor Masterbatch mit einer Produktionskapazität von 18 000 t/a deutlich ab. Darüber hinaus verfügt der Geschäftsbereich über mehr als 11 000 eigene Entwicklungen und 22 Produktionslinien. Die Delta Trading-Sparten Pigmente und Kunststoffe hingegen beliefern führende Unternehmen wie Eckart, Cabot, Baerlocher, Cinic oder Aralon. Das Unternehmen, das 3 % seines weltweiten Umsatzes in Forschung und Entwicklung investiert, konzentriert sich auf technologische Innovation und Servicequalität. Es verfügt über fundierte Kenntnisse des Marktes und der Formulierungen und optimiert stets die Prozesse seiner Kunden, um ein Technologiepartner zu werden, der sich auf Produktentwicklung und Innovation konzentriert. Gegenwärtig exportiert das Unternehmen bereits in mehr als 60 Länder mit einem Exportvolumen von 80 % und ist damit einer der wichtigsten Akteure auf dem Markt.

Über Graphenest

Graphenest S.A. (www.graphenest.com) wurde 2015 gegründet und ist auf die Entwicklung und Implementierung von graphenbasierten EMI-Abschirmungsprodukten der nächsten Generation ausgerichtet. Graphenest produziert Graphen durch eine firmeneigene, kosteneffiziente und saubere Technologie, mit der Produkte mit einer beispiellosen Abschirmleistung bei hohen und sehr hohen Frequenzen formuliert werden können.