Los investigadores de la Universidad de Drexel han demostrado que MXene puede ser un peso ligero Escudo de bajo volumen para proteger los dispositivos electrónicos de las interferencias electromagnéticas. Crédito:Universidad de Drexel
Si alguna vez escuchó el motor acelerar a través de su radio mientras escuchaba una estación de AM en su automóvil, o hizo que su televisor emitiera un zumbido cuando su teléfono celular está cerca, entonces ha experimentado una interferencia electromagnética. Este fenómeno, causado por ondas de radio, puede tener su origen en cualquier cosa que cree, lleva o usa una corriente eléctrica, incluidos los cables de televisión e internet, y, por supuesto teléfonos celulares y computadoras. Un grupo de investigadores de la Universidad de Drexel y el Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea está trabajando para limpiar esta contaminación electromagnética conteniendo las emisiones con una fina capa de un nanomaterial llamado MXene.
La radiación electromagnética está en todas partes; ese ha sido el caso desde el comienzo del universo. Pero la proliferación de la electrónica en las últimas décadas ha contribuido tanto al volumen de radiación generada en nuestro planeta como a su notoriedad.
"A medida que la tecnología evoluciona y la electrónica se vuelve más liviana, más rápido y más pequeño, su interferencia electromagnética aumenta dramáticamente, "dijo Babak Anasori, Doctor, profesor asistente de investigación en el A.J. Instituto de Nanomateriales Drexel, y coautor del artículo "Blindaje de interferencia electromagnética con carburos metálicos de transición 2D (MXenes), "que se publicó recientemente en la revista Ciencias . "El ruido electromagnético interno procedente de diferentes componentes electrónicos puede tener un efecto grave en los dispositivos cotidianos, como los teléfonos móviles, tabletas y computadoras portátiles, lo que provoca fallos de funcionamiento y degradación general del dispositivo ".
Estos efectos van desde la "borrosidad temporal del monitor, "zumbido extraño de un dispositivo Bluetooth, a una velocidad de procesamiento lenta de un dispositivo móvil. El blindaje contra la interferencia electromagnética generalmente incluye revestir el interior de los dispositivos con una cubierta o jaula de un metal conductor como el cobre o el aluminio. o una capa de tinta metálica. Y si bien esto es efectivo, también agrega peso al dispositivo y se considera una restricción sobre qué tan pequeño se puede diseñar el dispositivo.
"En general, se puede lograr un blindaje adecuado mediante el uso de metales gruesos, sin embargo, el consumo de material y el peso los dejan en desventaja para su uso en aplicaciones aeroespaciales y de telecomunicaciones, "Dijo Anasori." Por lo tanto, es de gran importancia lograr una mejor protección con películas más delgadas ".
Los investigadores de la Universidad de Drexel han desarrollado un nanomaterial, llamado MXene, que potencialmente podría usarse en dispositivos electrónicos para bloquear y aislar las ondas electromagnéticas. Crédito:Universidad de Drexel
Sus hallazgos sugieren que unos pocos átomos adelgazan el carburo de titanio, uno de los 20 materiales bidimensionales de la familia MXene descubiertos por científicos de la Universidad de Drexel, puede ser más eficaz para bloquear y contener la interferencia electromagnética, con el beneficio adicional de ser extremadamente delgado y de fácil aplicación en un recubrimiento con solo rociarlo sobre cualquier superficie, como pintura.
"Con la tecnología avanzando tan rápido, Esperamos que los dispositivos inteligentes tengan más capacidades y se vuelvan más pequeños cada día. Esto significa empacar más piezas electrónicas en un dispositivo y más dispositivos a nuestro alrededor, "dijo Yury Gogotsi, Doctor, Distinguido profesor universitario y catedrático de la Facultad de Ingeniería y Director de la A.J. Instituto de Nanomateriales que propuso la idea y dirigió esta investigación. "Para que todos estos componentes electrónicos funcionen sin interferir entre sí, necesitamos escudos que sean delgados, ligero y fácil de aplicar a dispositivos de diferentes formas y tamaños. Creemos que los MXenes serán la próxima generación de materiales de protección para dispositivos portátiles, electrónica flexible y portátil ".
Los investigadores probaron muestras de películas de MXene con espesores que iban desde un par de micrómetros (una milésima de milímetro) hasta 45 micrómetros. que es un poco más delgado que un cabello humano. Esto es importante porque la eficacia de protección de un material, una medida de la capacidad de un material para bloquear el paso de la radiación electromagnética a través de él, tiende a aumentar con su grosor, y para los propósitos de esta investigación, el equipo estaba tratando de identificar la iteración más delgada de un material de protección que aún pudiera bloquear efectivamente la radiación.
Lo que encontraron es que la película más delgada de MXene compite con las láminas de cobre y aluminio en lo que respecta a la efectividad del blindaje. Y al aumentar el grosor del MXene a 8 micrómetros, podrían lograr un bloqueo de radiación del 99,9999 por ciento con frecuencias que cubren el rango desde teléfonos celulares hasta radares.
En comparación con otros materiales sintéticos, como el grafeno o las fibras de carbono, la fina muestra de MXene funcionó mucho mejor. De hecho, para lograr los requisitos comerciales de blindaje electromagnético, Los compuestos de carbono-polímero utilizados actualmente deberían tener más de un milímetro de espesor, lo que agregaría bastante peso a un dispositivo como un iPhone, que tiene solo siete milímetros de grosor.
MXene es lo suficientemente versátil como para combinarse con una solución de polímero para hacer una fina capa en aerosol para componentes electrónicos que serviría como un escudo contra la interferencia electromagnética. Crédito:Universidad de Drexel
La clave del rendimiento de MXene radica en su alta conductividad eléctrica y estructura bidimensional. Según los autores, cuando las ondas electromagnéticas entran en contacto con MXene, algunos se reflejan inmediatamente en su superficie, mientras que otros atraviesan la superficie pero pierden energía entre las capas atómicamente delgadas del material. Las ondas electromagnéticas de menor energía eventualmente se reflejan hacia adelante y hacia atrás desde las capas internas hasta que se absorben por completo en la estructura.
Otro resultado, que ya presagia la utilidad de MXene para proteger dispositivos portátiles, is that its shielding effectiveness is just as stout when it is combined with a polymer to make a composite coating. Y, on weight basis, it even outperforms pure copper.
"This finding is significant since several commercial requirements for an electromagnetic interference shield product are engrained in a single material, " Gogotsi said. "MXene displays many of these characteristics, including high shielding effectiveness, low density, small thickness, high flexibility and simple processing. So it is an excellent candidate for use in numerous applications."
This technological development resulted from a fundamental study of MXene properties, which was funded by the National Science Foundation. The next step for the research team will be to find support for a broader study on other MXenes, selecting the best shielding material and testing it in devices.
