Electromagnetic interference shielding properties of biphasic lithium iron oxides

The rapid growth of wireless communication devices and the advent of 5G technology has raised serious concerns about electromagnetic interference (EMI) pollution. EMI may cause device failure, data corruption, and health hazards. Therefore, materials that can effectively block these stray microwave frequency signals are in high demand. In this context, nanocomposites have emerged as one of the leading candidates for making EMI shielding materials. Nanocomposites offer two great advantages. First, it allows the careful tuning of the microstructure and interface formation by controlling the synthesis process. Second, nanocomposites can be tailored to contain both dielectric and magnetic components which results in magneto-dielectric synergy that may boost EMI shielding performance. This work demonstrates that biphasic lithium iron oxide (ferrimagnetic α-LiFe5O8 and paramagnetic α-LiFeO2) nanocomposite with different relative fractions of the two phases can be grown by carefully modifying the Li/Fe precursor ratio. Moreover, the simultaneous growth of the two phases results in the formation of interfaces between the phases. The relative phase fractions alter the dielectric and magnetic properties of the nanocomposite which directly affects the EMI shielding performance. The sample with almost equal amounts of both phases exhibits the best EMI shielding performance owing to improved material properties and higher number of interfaces. This work highlights the advantages of using biphasic magnetic oxide nanocomposites with controllable interfaces and material properties and how this can be further extended to more complex triphasic systems.
Den snabba tillväxten av apparatur för trådlöskommunikation och införandet av 5G-teknik leder till oro för allvarliga störningar på grund av elektromagnetisk interferens (EMI). EMI kan orsaka apparatfel, dataförvanskning och även hälsorisker. Därför finns ett stort behov av material som effektivt kan blockera störande mikrovågsfrekvenser. I detta sammanhang har nanokompositer framträtt som en av de främsta kandidaterna för tillverkning av EMI-skärmande material.  Nanokompositer erbjuder två stora fördelar: för det första kan man noggrant anpassa mikrostrukturen och gränsytebildningen genom att styra syntesprocessen; och för det andra kan nanokompositerna skräddarsys att innehålla både dielektriska och magnetiska komponenter vilket resulterar i magneto-dielektrisk samverkan som kan förstärka EMI-skärmningens prestanda. Detta avhandlingsarbete demonstrerar att nanokomposit av tvåfasig litiumjärnoxid (ferrimagnetiskt a-LiFe5O8 och paramagnetiskt a-LiFeO3) med olika relativ sammansättning av de två faserna kan tillväxas genom att noggrant modifiera Li/Fe prekursorförhållandet. Den samtidiga tillväxten av de två faserna innebär att gränsytor bildas mellan de två faserna, och den relativa sammansättningen av de två faserna förändrar de dielektriska och magnetiska egenskaperna hos nanokompositen vilket direkt påverkar EMI-skärmningens prestanda. Provet med nästan samma mängd av de båda faserna uppvisar den bästa EMI-skärmningsförmågan på grund av förbättrade materialegenskaper och större antal gränsytor. Detta avhandlingsarbete framhäver fördelarna med att använda tvåfasiga nanokompositoxider med kontrollerbara gränsytor och materialegenskaper, och hur detta kan ytterligare utvecklas mot mer komplexa trefassystem.