Встречайте MXene

Нельзя отрицать жизненно важную роль, которую электромагнитные волны играют в нашем современном цифровом мире. Но по мере того, как в использовании появляется все больше устройств, помехи становятся проблематичными для некоторых приложений, таких как носимые устройства.

Исследование, недавно опубликованное в журнале CARBON, продемонстрировало полезность проводящего двумерного материала под названием MXene в обеспечении электромагнитных помех (ЭМП) для носимых и мобильных устройств.

Юрий Гогоци, доктор философии, руководитель исследовательской группы из Университета Дрекселя, обсудил в пресс-релизе, насколько необходимо интегрировать защиту от электромагнитных помех в одежду для защиты носимых устройств. Эта потребность становится все более насущной, поскольку носимые устройства становятся все более распространенными и необходимыми в повседневной жизни.

ЭМП могут дестабилизировать важные соединения, что приводит к замедлению работы и потере функций электронных устройств. В устройствах потребительского уровня это может раздражать. В устройствах медицинского назначения это может быть опасно.

Поскольку MXene можно наносить на ткани, это знаменует собой ключевое событие в потенциально безопасном внедрении таких технологических возможностей, как датчики и радиочастотные схемы, в одежду.

Отдел новостей Drexel назвал эту ткань с покрытием MXene «тканью Фарадея» в отношении знаменитой клетки Фарадея, впервые продемонстрированной Майклом Фарадеем, которая блокирует электромагнитные поля в корпусе, обертывая его проводящими материалами.

Чтобы защитить электронные устройства от электромагнитных помех, важные компоненты обычно оборачивают экранирующим материалом, например медью или фольгой. Однако эти экранирующие материалы могут увеличивать вес и объем устройств, что сложно для приложений, где размер и пространство имеют большое значение, таких как имплантируемая и носимая электроника. Эти экранирующие материалы также не способствуют снижению окружающего шума, поскольку они лишь отражают входящие волны.

MXenes — это тип двумерных соединений карбидов и нитридов, которые обладают высокой проводимостью и обладают высоким потенциалом для таких применений, как электроды для более быстрой зарядки аккумуляторов. Хотя возможности MXene по блокированию электромагнитных помех были известны еще до исследования команды Drexel, исследование демонстрирует идею о том, что он может эффективно прикрепляться к тканям и сохранять свои защитные свойства.

Гогоци и его коллеги работали с карбонитридом титана (разновидностью MXene) для создания материала, способного защитить от электромагнитного излучения. В недавно опубликованных результатах исследователи описывают тонкий материал толщиной в несколько атомов, который поглощает волны, а не отражает их.

Гогоци, который работает с MXenes уже почти десять лет, считает, что MXenes можно использовать в качестве защиты от электромагнитных помех. Это связано с тем, что MXenes можно стабильно разрабатывать в виде распылительного покрытия, что позволяет наносить их на текстильные изделия, не увеличивая вес и не занимая места.

На видео ниже исследователь показывает, как два телефона соединяются во время разговора, а затем один из них обернут тканью с покрытием MXene. Сигнал для следующего вызова заблокирован MXene и показано, что соединение невозможно.

В этом исследовании исследователи покрыли обычные хлопчатобумажные и льняные ткани раствором MXene. Они обнаружили, что это превращает ткань в экранирующий материал, блокируя электромагнитные помехи с эффективностью 99,9%. Хлопья MXene, суспендированные в растворе, прилипают к волокнам хлопка и льна из-за их электрического заряда. Это позволяет получить прочное прочное покрытие без необходимости других процессов предварительной и последующей обработки.

Ткани с покрытием MXene были протестированы после хранения в нормальных условиях в течение двух лет и по-прежнему продемонстрировали высокую эффективность экранирования, которая снизилась лишь незначительно — на 8–13%.

Помимо защиты от электромагнитных помех, новые ткани, блокирующие волны, могут также помочь в создании защитных костюмов для людей, которым необходимо входить в среду с опасно высоким уровнем электромагнитных полей. Благодаря этой инновационной технологии блокировки электромагнитных помех вариантов адаптации может быть множество.

Представленный снимок экрана любезно предоставлен Университетом Дрекселя.