Prestazioni di schermatura elettromagnetica e proprietà meccaniche di malte geopolimeriche leggere a base di vermiculite

Tenere a bada le onde invisibili

Nubi invisibili di onde elettromagnetiche ci circondano oggi, emanate da linee elettriche, reti wireless e dispositivi di uso quotidiano. Sebbene questi segnali rendano possibile la vita moderna, possono anche interferire con dispositivi sensibili e sollevare preoccupazioni per la salute, soprattutto nelle aree urbane dense. Questo studio esplora un nuovo tipo di materiale edilizio leggero e senza cemento che può contribuire a bloccare le radiazioni indesiderate riducendo al contempo l’impronta di carbonio delle costruzioni.

Un nuovo tipo di barriera protettiva

I ricercatori si concentrano sui “geopolimeri”, una famiglia di materiali che possono sostituire il cemento Portland tradizionale. Invece di essere cotti in forni ad alto consumo energetico, i geopolimeri si ottengono attivando sottoprodotti industriali come le ceneri volanti con soluzioni alcaline, formando una rete dura simile alla pietra. A questa miscela il team aggiunge vermiculite, un minerale naturale che, riscaldato, si espande fino a ottenere un materiale leggero e poroso. La vermiculite è già impiegata in intonaci ignifughi e isolanti; qui viene testata come ingrediente chiave in pareti in grado sia di alleggerire gli edifici sia di schermarli dalle onde elettromagnetiche indesiderate.

Preparazione e prova dei campioni

Il gruppo ha preparato sedici miscele diverse usando ceneri volanti, soluzione di silicato di sodio, soluzione di idrossido di sodio e quantità variabili di vermiculite, sostituendo la sabbia ordinaria al 0%, 25%, 50% o 100% in base al volume. Hanno inoltre regolato la forza dell’“attivatore” alcalino, impiegando soluzioni di idrossido di sodio tra 10 e 13 moli per litro. Da ogni formula hanno colato piccoli blocchi per prove di flessione e compressione e lastre più grandi per misurazioni elettromagnetiche. Le lastre sono state poste tra due antenne a corno collegate a un analizzatore di rete di precisione, permettendo ai ricercatori di monitorare quanto di un segnale a microonde in arrivo venisse riflesso, trasmesso o assorbito su un ampio intervallo da 3 a 40 gigahertz—coprendo le frequenze usate in radar, collegamenti satellitari e nei sistemi emergenti 5G e 6G.

Come il materiale gestisce onde e carichi

Tutte le versioni del geopolimero a base di vermiculite hanno mostrato un buon “accoppiamento di impedenza”, cioè non si limitavano a rimbalzare le onde in superficie. Piuttosto, lasciavano le onde entrare per poi attenuarle progressivamente all’interno del materiale. Alle frequenze più alte delle microonde, diverse miscele hanno fornito una schermatura forte, riducendo l’intensità del segnale di oltre 50 decibel—equivalente a una diminuzione di potenza di oltre 100.000 volte. Allo stesso tempo, l’aggiunta di vermiculite ha reso i blocchi significativamente più leggeri, riducendo la densità fino al 17%. Le prove meccaniche hanno evidenziato un compromesso: le miscele più resistenti a compressione non contenevano vermiculite, ma una dose moderata del 25% ha fornito la migliore resistenza a flessione, poiché i suoi granuli lamellari aiutavano a collegare le fessure senza rendere la struttura troppo porosa.

Trovare il punto ottimale

Per conciliare queste esigenze contrastanti, gli autori hanno usato un metodo di progettazione statistica noto come approccio Taguchi. Questo ha permesso di identificare combinazioni di contenuto di vermiculite e forza alcalina che ottimizzassero congiuntamente prestazioni meccaniche e potenza di schermatura. L’analisi ha mostrato che la frazione di vermiculite aveva l’influenza maggiore sulla resistenza, mentre la concentrazione della soluzione di idrossido di sodio era più importante per la schermatura alle alte frequenze. La miscela più equilibrata usava circa il 25% di vermiculite e una forza dell’attivatore da intermedia ad alta (11–13 molari), offrendo prestazioni strutturali solide insieme a una forte attenuazione nella banda delle onde millimetriche impiegata per le comunicazioni avanzate.

Perché questo conta per le città del futuro

Analisi microscopiche e chimiche hanno confermato che queste miscele formano una rete minerale densa e interconnessa, punteggiata da pori attentamente controllati derivanti dalla vermiculite. Questa struttura trasporta i carichi meccanici e al tempo stesso disperde le onde elettromagnetiche in ingresso, facendole disperdere e perdere energia sotto forma di calore. In termini semplici, lo studio dimostra che è possibile progettare pannelli per pareti e altri elementi non portanti più leggeri del calcestruzzo convenzionale, realizzati con rifiuti industriali anziché con cemento clinker, e comunque capaci di agire come vere e proprie “ombrelli elettromagnetici” integrati per gli spazi interni. Con ulteriori lavori su durabilità e produzione su larga scala, tali materiali potrebbero aiutare le città a gestire l’inquinamento elettromagnetico avanzando al contempo verso un’edilizia più verde.

Citazione: Çelik, A., Tunç, U., Durmuş, A. et al. Electromagnetic shielding performance and mechanical properties of vermiculite-based lightweight geopolymer mortars. Sci Rep 16, 7865 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38722-1

Parole chiave: schermatura elettromagnetica, calcestruzzo geopolimerico, vermiculite, materiali da costruzione sostenibili, infrastrutture 5G e 6G