Az új MXene anyag rendkívüli elektromágneses interferencia-árnyékoló képességet mutat
a Drexel Egyetemen
A Drexel és a KIST kutatói beszámoltak arról, hogy egy új MXene anyag, a titán-karbonitrid jobban képes árnyékolni az elektromágneses zavarokat, mint az elektronikai eszközökben jelenleg alkalmazott anyagok.
Mivel a vezeték nélküli technológiát az élet további területein üdvözöljük, a kiegészítő elektronikus nyüzsgés elektromágnesesen zajos szomszédságot eredményez. A többletforgalom korlátozása érdekében a Drexel Egyetem kutatói kétdimenziós anyagokat teszteltek, amelyek ismertek az interferencia-blokkoló képességeikről. Legutóbbi felfedezésük, amelyet a Science folyóiratban közöltek, az új kétdimenziós anyag kivételes árnyékolási képességéről szól, amely az elektromágneses interferenciát képes elnyelni, ahelyett, hogy csak visszafordulna a kakasba.
A titán- karbonitridnek nevezett anyag egy kétdimenziós anyagcsaládnak, az MXene-nek nevezett család része, amelyet először Drexelben gyártottak 2011-ben. A kutatók kimutatták, hogy ezeknek az anyagoknak számos kivételes tulajdonsága van, beleértve lenyűgöző szilárdságot, magas elektromos vezetőképességet. és molekuláris szűrési képességek. A titán-karbonitrid kivételes tulajdonsága, hogy hatékonyan blokkolja és elnyeli az elektromágneses interferenciát, mint bármely ismert anyag, beleértve a legtöbb elektronikus eszközben jelenleg használt fémfóliákat.
Ez a felfedezés megbontja az elektromágneses árnyékoló mezőben létező összes akadályt. Nem csak egy olyan árnyékoló anyagot tár fel, amely jobban működik, mint a réz, hanem egy izgalmas, új fizikát mutat.
Míg az elektromágneses interferenciát – a mérnökök és a technikusok „EMI-jét” – a technológia felhasználói csak ritkán észreveszik, valószínűleg a mikrofon vagy a hangszóró zümmögése közben, ez állandó mérnöki gondot jelent az azt tervező mérnökök számára. Azok a dolgok, amelyekben az EMI zavar, más elektromos alkatrészek, például antennák és áramkörök. Csökkenti az elektromos teljesítményt, lelassíthatja az adatcserét és akár megszakíthatja az eszközök működését.
Az elektronikai tervezők és a mérnökök általában árnyékoló anyagokat használnak az EMI tárolására és elhajlására az eszközökben, akár az egész áramköri lapot réz ketrecbe fedve, akár újabban az egyes alkotóelemeket fóliával árnyékolva. De mindkét stratégia tömeget és súlyt ad az eszközökhöz.
A Gogotsi csoport felfedezte, hogy az MXene anyagai, amelyek sokkal vékonyabbak és könnyebbek, mint a réz, nagyon hatékonyak lehetnek az EMI árnyékolásában. Megállapításaik, amelyeket a Science négy évvel ezelőtt megjelentett, jelezték, hogy a titán-karbidnak nevezett MXene potenciálisan ugyanolyan hatékony lehet, mint az akkoriban alkalmazott ipari anyagok, és könnyen bevonható. Ez a kutatás gyorsan a terület egyik leghatásosabb felfedezésévé vált, és arra ösztönözte más kutatókat, hogy vizsgálják meg az EMI árnyékolásának egyéb anyagait.
Mivel azonban a Drexel és a KIST csapata továbbra is megvizsgálta a család többi tagját az alkalmazás szempontjából, felfedezték a titán-karbonitrid egyedi tulajdonságait, amelyek ezáltal még ígéretesebb jelöltet jelentenek az EMI árnyékoló alkalmazásokhoz.
A tesztek sorozatán keresztül a csoport megdöbbentő felfedezést tett. Nevezetesen, hogy a titán-karbonitrid anyagból készült fóliája – sokszor vékonyabb, mint az emberi hajszálak vastagsága – valójában körülbelül 3-5 alkalommal akadályozhatja meg többször az EMI-interferenciát, mint egy hasonló vastagságú rézfólia, amelyet általában az elektronikus eszközök használnak.
“Fontos megjegyezni, hogy kezdetben nem számítottuk arra, hogy az MXene titán-karbonitrid jobb, mint az összes ismert MXenes vezetőképessége: a titán-karbid” – mondta Hantanasirisakul. “Először azt gondoltuk, hogy lehet, hogy valami baj van a mérésekkel vagy a számításokkal. Tehát újra és újra megismételtük a kísérleteket, hogy megbizonyosodjunk arról, hogy mindent helyesen végeztünk-e el, és az értékek megismételhetők-e.”
Talán sokkal fontosabb, mint az, hogy a csapat felfedezte az anyag árnyékoló képességét, az, hogy megértik az anyag működését. A legtöbb EMI-árnyékoló anyag egyszerűen megakadályozza az elektromágneses hullámok behatolását azáltal, hogy visszaverődik. Noha ez hatékony az összetevők védelmére, nem enyhíti az EMI környezeti terjedésének általános problémáját. Gogotsi csoportja úgy találta, hogy a titán-karbonitrid valójában blokkolja az EMI-t az elektromágneses hullámok abszorbeálásával.
“Ez sokkal fenntarthatóbb módszer az elektromágneses szennyezés kezelésére, mint pusztán a hullámok visszaverése, amelyek továbbra is károsíthatják a nem árnyékolt egyéb eszközöket” – mondta Hantanasirisakul. “Megállapítottuk, hogy a hullámok többségét a rétegelt karbonitrid MXene-filmek abszorbeálják, – illetve elnyelik”
Ez azt is jelenti, hogy a titán-karbonitrid felhasználható egy eszköz belsejében lévő komponensek egyéni bevonására EMI-tartalmuk tárolására, még akkor is, ha szorosan egymáshoz vannak helyezve. Az Apple-hez hasonló cégek évek óta próbálják ezt a elszigetelési stratégiát, de a sikert a rézfólia vastagsága korlátozza. Mivel a készülékek tervezői arra törekszenek, hogy mindenütt jelenjenek meg, kisebbekké, kevésbé észrevehetővé és integráltabbá téve őket, valószínűleg ez a stratégia lesz az új norma. A kutatók azt gyanítják, hogy a titán-karbonitrid egyediségét annak rétegelt, porózus szerkezete, amely lehetővé teszi az EMI számára, hogy részben behatoljon az anyagba, és annak kémiai összetétele, amely csapdába ejti és eloszlatja az EMI-t.
“Ellenségesen pozitív eredmény volt. Az EMI árnyékolás hatékonysága általában növekszik az elektromos vezetőképességgel. Tudtuk, hogy a hőkezelés növelheti a vezetőképességet, ezért megkíséreljük a titán-karbonitriddel megvizsgálni, hogy javul-e árnyékolási képessége. csekély mértékben javította vezetőképességét, de jelentősen növelte árnyékolási hatékonyságát “- mondta Gogotsi. “Ez a munka ösztönöz minket, és motiválnia kellene a térség többi szereplőjét arra is, hogy vizsgáljuk meg más MXene tulajdonságait és alkalmazását, mivel ezek még jobb teljesítményt mutathatnak annak ellenére, hogy kevésbé vezetőképesek elektromosan .”
Phys.Org
