Покрытие из максена MXene может защищать носимые устройства от электромагнитных помех

RusEng

MXene fabric coating Группа ученых из Университета Дрекселя (Филадельфия, США) опубликовала многообещающие результаты исследования, которые показывают, что ткань, покрытая высокопроводящим двумерным материалом под названием MXene, очень эффективно блокирует электромагнитные волны и потенциально опасное излучение. Это открытие является ключевым моментом для решения задач по внедрению технологических возможностей в одежду и аксессуары.
Несколько лет назад, в связи с нарастанием опасений, что высокотехнологичные мошенники могут сканировать или копировать кредитные карты, паспорта, документы или взламывать ноутбуки и мобильные устройства, а также бесконтактные ключи от машины, что вынуждало людей складывать их в специальные кошельки, сумки и защищенные карманы, особый коммерческий интерес стали привлекать материалы, которые способны эффективно блокировать электромагнитные волны.
И не смотря на то, что, по данным отчетов, эти опасения были несколько преувеличены, спрос на этот вид текстиля, вероятно, будет расти, поскольку все больше производителей включают сенсорные и коммуникационные технологии в ткани. Они также могут найти применение в разработках, используемых организациями национальной обороны для защиты устройств от отслеживания и взлома, а также для защиты людей от сильного микроволнового излучения, которое, согласно недавним сообщениям, могло быть использовано против американских и канадских дипломатов.

Заслуженный профессор Университета Дрекселя Доктор Юрий Гогоци, под руководством которого проходило данное исследование, описанное в материаловедческом журнале CARBON, поясняет, что носимые устройства нуждаются в защите от электромагнитных помех (EMI), регулярно создаваемых мобильными устройствами, и это экранирование должно быть интегрировано как часть одежды. «Мы знали, что MXene обладает способностью блокировать электромагнитные помехи лучше, чем любые другие известные материалы, но это открытие показывает, что он может эффективно сцепляться с тканями и сохранять свои уникальные защитные свойства».
Помехи возникают из-за остаточных электромагнитных полей, создаваемых электронными устройствами. Пользователи замечают это как гудение, замедление или временную остановку работы устройства. Это временное неудобство, но такие моменты становятся все более частыми в связи с расширением использования мобильных устройств и подключенных технологий, в том числе носимых.

Улучшение конструкции этих устройств, по словам профессора Юрия Гогоци, влечет за собой использование экранирующего материала для сдерживания электромагнитного поля, генерируемого устройством, а также его защиты от помех, создаваемых другими устройствами. Команда профессора Юрия Гогоци, которая около 10 лет назад первой синтезировала и стала изучать проводящие двумерные материалы MXene, протестировала покрытия MXene на эту роль, и получила многообещающие результаты.

MXenes (максены) - это большое семейство двумерных (2D) карбидов, нитридов и карбонитридов переходных металлов, которые демонстрируют уникальное сочетание электронных, оптических, механических, каталитических и адсорбционных свойств. В 2016 году впервые было опубликовано исследование, которое показывало, что пленка из максена толщиной 45 микрон, полученная с помощью вакуумной фильтрации, обеспечивает превосходную эффективность экранирования от электромагнитных помех до 92 дБ, что стало наивысшим значением для любого синтетического материала сопоставимой толщины на то время.

Эта работа может существенно повлиять на промышленное производство электронного текстиля, становясь привлекательной альтернативой используемым в настоящее время металлическим проводящим красителям, и позволяя широко внедрять бесшовно интегрированные текстильные устройства со значительными улучшенные характеристики экранирования электромагнитных помех.

«MXenes хорошо подходят для использования в качестве защиты, потому что они могут стабильно производиться в виде распыляемого покрытия, чернил или краски, поэтому их можно наносить на текстиль, не добавляя большого веса и не занимая больше места», - рассказывает профессор Гогоци. «Мы также обнаружили, что экранирование MXene может поглощать и отражать электромагнитные волны, поэтому оно не только защищает носимые устройства и электронные гаджеты, но и защищает людей от сильного электромагнитного поля».
Последнее открытие исследователей показывает, что окунание обычной хлопковой или льняной ткани в раствор MXene превращает ее в мощный защитный материал, блокирующий электромагнитные помехи с эффективностью более 99,9%.

mxene-emi-fabric Взвешенные в растворе хлопья MXene естественным образом прилипают к волокнам обычных хлопковых и льняных тканей из-за их электрического заряда. Это позволяет получить тщательное и прочного покрытия без необходимости в процессах предварительной или последующей обработки для производства большинства промышленных токопроводящих нитей и тканей.
В рамках данного исследования ткани с покрытием MXene были испытаны после хранения в нормальных условиях в течение двух лет, и они показали лишь небольшое снижение эффективности защиты - примерно 10%.
«Эта работа представляет собой значительно улучшенную альтернативу существующим тканям для защиты от электромагнитных помех», - рассказывает Симге Узун, аспирантка из исследовательской группы профессора Гогоци, которая проводила это исследование в рамках своей докторской диссертации. «Ткани с покрытием MXene не только превосходят характеристики коммерческих тканей с металлическим покрытием, но и могут устойчиво производиться путем нанесения покрытия в виде водного раствора без дополнительной обработки или химических добавок».