Absorbente de microondas ultraligero con rendimiento de absorción mejorado basado en aerogel de quitosano

Por qué importa bloquear microondas fugitivas

Desde teléfonos inteligentes y routers Wi‑Fi hasta radares de aeropuertos y enlaces por satélite, nuestro mundo vibra con señales invisibles de microondas. Aunque estas ondas permiten la comunicación moderna, también pueden generar interferencias, delatar la presencia de aeronaves o equipos frente a un radar y, en casos extremos, suponer riesgos para equipos electrónicos sensibles y la salud humana. Por ello, los ingenieros buscan recubrimientos especiales que absorban las microondas no deseadas en lugar de reflejarlas. Este estudio presenta un nuevo material ultraligero, similar a una esponja, compuesto por una mezcla de ingredientes naturales e inorgánicos que puede absorber fuertemente microondas en bandas clave de comunicación y radar.

Una esponja pluma para ondas invisibles

Los investigadores se propusieron fabricar un material que fuera a la vez extremadamente ligero y muy eficaz en absorber microondas. Partieron del quitosano, un biopolímero obtenido de residuos de marisco que puede formar una esponja sólida pero aireada llamada aerogel. Por sí solo, el quitosano es un absorvedor débil, pero su estructura porosa es ideal para obligar a las microondas a recorrer caminos tortuosos, incrementando la probabilidad de que su energía se disipe. Para mejorar el rendimiento, el equipo rellenó este andamiaje natural con una mezcla calibrada de tres componentes: un compuesto semiconductor (diseleniuro de molibdeno, MoSe₂), un material en láminas de carbono altamente conductor (óxido de grafeno reducido) y una arcilla mineral laminada (montmorillonita). El resultado es un aerogel híbrido “polímero/carbono/mineral” con una densidad millones de veces menor que la del agua.

Cómo se construye la estructura híbrida

Para fabricar el material, los científicos sintetizaron primero nanopartículas de MoSe₂, y luego las combinaron con láminas de grafeno y capas de arcilla en agua para que las pequeñas escamas se dispersaran en lugar de aglomerarse. Por otra parte, disolvieron el quitosano en un ácido suave para formar un gel y después mezclaron distintas cantidades de la mezcla MoSe₂/grafeno/arcilla. Una pequeña cantidad de un agente reticulante ayudó a fijar todo. Finalmente, congelaron la mezcla y eliminaron el hielo por vacío, dejando un aerogel rígido y altamente poroso. Imágenes con microscopía electrónica revelaron una red de poros interconectados, con las láminas inorgánicas dispersas de forma homogénea por el esqueleto de quitosano, especialmente cuando el relleno constituía alrededor de la mitad del contenido sólido.

Atrapar y drenar la energía de microondas

La prueba clave es cuánto absorben estos aerogeles las microondas en las bandas X y Ku (aproximadamente 8–18 GHz), ampliamente usadas en radar y comunicaciones de alta frecuencia. El equipo midió qué proporción de una señal incidente se reflejaba cuando el material estaba respaldado por una superficie metálica—una condición estricta que imita un recubrimiento sobre hardware real. El quitosano puro mostró solo una absorción moderada. Pero al añadir la mezcla MoSe₂/grafeno/arcilla, el rendimiento mejoró de forma notable. La formulación óptima, con aproximadamente 50% de relleno en peso, redujo la señal reflejada hasta en 72 decibelios con un espesor de solo 2,7 mm—lo que significa que la potencia de la onda se redujo más de diez millones de veces. También ofreció una absorción fuerte en un intervalo de 3,8 GHz, mientras que una versión con un poco más de carga sacrificó algo de pico para lograr una cobertura extremadamente amplia de las bandas X y Ku con apenas 2,3 mm de espesor.

Por qué esta esponja funciona tan bien

El éxito del aerogel se debe a varios efectos disipadores de energía que actúan conjuntamente. Primero, su laberinto de poros obliga a las microondas a rebotar en su interior, creando múltiples reflexiones que alargan la trayectoria y aumentan las probabilidades de pérdida. Segundo, el contraste entre el polímero, el grafeno conductor, el MoSe₂ semiconductor y la arcilla dieléctrica genera innumerables interfaces diminutas donde las cargas pueden desplazarse de un lado a otro cuando pasa una onda, transformando energía electromagnética en calor. Tercero, el grafeno y el MoSe₂ proporcionan vías para el movimiento de cargas, incrementando las pérdidas eléctricas sin volver el material tan conductor que las ondas se reflejen simplemente en la superficie. La estructura laminada de la arcilla ayuda a mantener separadas y bien dispersas las demás láminas, maximizando el área activa. Cálculos y simulaciones confirman que estos mecanismos combinados confieren a los aerogeles un excelente “emparejamiento de impedancias”, permitiendo que las microondas entren con facilidad y luego se atenúen en el interior.

Ocultar objetos metálicos frente al radar

Para explorar cómo podría funcionar este material en un entorno real, los investigadores simularon una esfera metálica—un sustituto idealizado de un blanco radar—recubierta con una capa de 2,3 mm de su aerogel. Calcularon la sección eficaz de radar, una medida de cuán grande aparece el objeto a un sistema radar, y la intensidad del campo eléctrico dispersado a su alrededor. En comparación con una esfera metálica desnuda, las versiones recubiertas mostraron reducciones en el tamaño aparente de 30 a 60 decibelios a lo largo de las bandas X y Ku, junto con una caída de más de 30 decibelios en el campo dispersado en muchas direcciones. En términos sencillos, el recubrimiento hace que el objeto metálico parezca mucho más pequeño y débil para el radar, añadiendo solo una cantidad ínfima de peso.

Qué implica esto para dispositivos futuros

En conjunto, el estudio demuestra que combinar un biopolímero renovable con rellenos nanométricos seleccionados con cuidado puede producir un recubrimiento ultraligero y delgado que absorbe eficientemente microondas en bandas de frecuencia tecnológicamente relevantes. Los aerogeles optimizados de MoSe₂/grafeno/arcilla–quitosano superan versiones anteriores basadas en ingredientes similares y rivalizan con muchos absorbentes más pesados y complejos. Dado que el quitosano se obtiene de abundantes residuos marinos y el proceso emplea condiciones relativamente suaves, estos materiales podrían ofrecer una vía más respetuosa con el medio ambiente para proteger electrónica sensible, reducir la contaminación electromagnética e incluso recubrir con sigilo componentes en futuros sistemas de comunicación y radar.

Cita: Dehghani-Dashtabi, M., Hekmatara, H. & Mohebbi, M. ‌Ultralight microwave absorber with an enhanced absorption performance based on chitosan aerogel. Sci Rep 16, 9475 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40116-2

Palabras clave: absorbente de microondas, aerogel, quitosano, blindaje electromagnético, ocultación ante radar