Защитное покрытие из наноматериала максена MXene для отражения и поглощения электромагнитных помех

Rus

Eng

Случалось ли вам когда либо слышать обороты вашего двигателя сквозь радио во время прослушивания автомобильной радиорадиостанции в вашем автомобиле, или возможно слышали жужжащий звук, когда подносили близко к телевизору мобильный телефон, - если да то вы испытали электромагнитные помехи.

Максен это тонкий и легкий наноматериал, который обладает уникальной способностью блокировать и поглощать электромагнитное излучение, что делает его идеальным для использования в качестве защитного механизма в электронике Это явление, вызванное радиоволнами, может исходить от чего-либо, что создает, переносит или использует электрический ток, в том числе от телевизионных и интернет-кабелей, и, конечно, сотовых телефонов и компьютеров.
Группа исследователей из Университета Дрекселя и Корейского института науки и технологий работает над очисткой от таких электромагнитных помех с помощью нанесения на компоненты тонкой защитной пленки наноматериала под названием Максин.
Электромагнитная радиация есть везде – еще с момента образования вселенной. Но стремительное распостранение электроники в последние десятилетия делает свой вклад в объем радиации, которая вырабатывается на нашей планете, ее уровень становится все более значительным.

По словам доктора Бабака Анасори, из Института наноматериалов Университета Дрекселя, соавтора научной статьи «Электромагнитное экранирование помех с помощью 2D карбидов переходных металлов (Максенов)», недавно опубликованной в журнале “Science”, поскольку технологии развиваются, электроника становится все легче, быстрее и компактнее, а ее электромангнитная интерференция критически увеличивается. Внутренние электромагнитные помехи, которые исходят от различных частей В сочетании с полимерным раствором, MXene может быть использован в качестве напыленного покрытия для защиты компонентов от электромагнитных помех электроники, могут серьезно повлиять на устройства, которые постоянно используются в обиходе, например, мобильные телефоны, таблеты, лептопы, что может привести к сбоям в их работе или даже полной поломке девайса. Это может проявляться по-разному: от появления временных нечеткостей на мониторе или странных шумов, исходящих от блютус устройства, до замедления работы устройства в целом. Экранирование электромагнитных помех, как правило, подразумевает заключение внутренних компонентов устройства в бандаж или корпус из проводящего металла, например, из алюминия или меди, или же их покрытие металлическими чернилами. И, не смотря, что такой способ эффективен, это добавляет вес устройству и считается, что влияет на то, как может быть сконструировано устройство, его дизайн.
Исследователь Бабак Анасори говорит, что в целом, надлежащее экранирование может быть достигнуто путем использования толстых металлов, однако, расход материала и вес ставят их в невыгодное положение для использования в аэрокосмической промышленности и для телекоммуникационных приложений. Таким образом, это имеет большое значение для обеспечения лучшей защиты с более тонкими пленками».

Их исследования допускают, что карбид титана, толщиной несколько атомов, один из более чем двадцати материалов из семейства Максенов, открытого группой ученых из Университета Дрекселя, может быть более эффективным при блокировке и удерживании электромагнитных шумов, благодаря его преимуществу – экстремально малой толщине, и легкости нанесения покрытия распылительным способом на любую поверхность, как обычная краска. Современные материалы, применяемые для экранирования электромагнитных помех, добавляют значительный вес и объем мобильным устройствам. Это можно устранить нанесением тонкого покрытия максена для защиты отдельных компонентов.
«Поскольку технологии стремительно развиваются, мы ожидаем, что смарт устройства с каждым днем будут иметь все больше возможностей и уменьшаться в размерах. Это значит, что все больше электронных компонентов можно будет поместить в одно устройство и появление все большего количества девайсов вокруг нас» - поясняет Юрий Гогоци, заслуженный и почетный профессор Колледжа Инженерии и Института Наноматериалов Университета Дрекселя, который подал эту идею и руководит исследованием. Чтобы все компоненты работали без помех, нам нужны отражатели, которые должны быть тонкими, легкими и простыми в применении для устройств с разной геометрией и размерами. Мы предполагаем, что Максены станут следующим поколением защитных (экранирующих) материалов для портативной, гибкой и носимой электроники.
Исследователи на Факультете материаловедения и инженерии Университета Дрекселя провели испытание образцов максеновых пленок разной толщины - от нескольких микрон (одна тысячная миллиметра) до 45 микрон, что чуть тоньше человеческого волоса.
Это очень важно, потому что эффективность экранирования материала, мера способности материала блокировать электромагнитное излучение, проходя через него, имеет тенденцию расти при увеличении его толщины, и для целей данного исследования команда ученых пытается определить самую тонкую итерацию защитного материала, при которой излучение все еще может эффективно блокироваться.
Ученые обнаружили, что, когда дело доходит до эффективности экранирования, тонкая пленка MXene конкурирует с медной и алюминиевой фольгой. А при увеличении толщины покрытия максенами до 8 микрометров, можно достичь 99,9999 процента блокирование излучения на частотах, охватывающих диапазон от сотовых телефонов до радаров.
По сравнению с другими синтетическими материалами, такими как графеновые или углеродные волокна, тонкий образец максена показал гораздо лучшие результаты. На самом деле, для достижения коммерческих требований электромагнитного экранирования, используемые в настоящее время углерод-полимерные композиты должны быть по толщине чуть более одного миллиметра, что добавило бы совсем немного толщины таким устройствам, как iPhone, например, толщина которого составляет всего семь миллиметров.
Максен способен отражать электромагнитные помехи за счет поглощения и захвата излучения между его слоями. Ключевые особенности определяющие производительность MXene заключаются в его высокой электропроводности и двумерной структуре. По мнению авторов, когда электромагнитные волны вступают в контакт с максеном, некоторые из них сразу же отражаются от его поверхности, в то время как другие проходят через поверхность, но теряют энергию среди атомарно тонких слоев материала. Нижние энергетические электромагнитные волны в конечном счете, отражаются назад и вперед от внутренних слоев, пока они полностью не поглощаются в структуре.
Еще одной особенностью, предвещающей пользу MXene в области защиты носимых устройств уже на этом этапе, является то, что его эффективность экранирования остается такой же крепкой, даже когда он сочетается с полимером, для образования композитного покрытия. А по весу максен даже превосходит чистую медь.
По словам профессора Юрия Гогоци, это открытие имеет большое значение, так как материал с коммерческой точки зрения соответствует сразу нескольким требованиям для использования в производстве устройств с экранированием электромагнитной интерференции. Максен сочетает многие из этих характеристик, в том числе высокую эффективность экранирования, низкую плотность, малую толщину, высокую гибкость и простоту обработки. Так что он является отличным кандидатом для использования в многочисленных приложениях.
Эта технологическая разработка была получена в результате фундаментального изучения свойств максена благодаря финансированию, выделенному Национальным научным фондом National Science Foundation. Следующим шагом для исследовательской группы будет поиск финансирования для более широкого исследования на других максенах для определения лучшего экранирующего материала и тестирования его в устройствах.