MXene-composiet kan elektromagnetische interferentie elimineren door het te absorberen

MXene-composiet kan elektromagnetische interferentie elimineren door het te absorberen

Een MXene-polymeercomposiet dat wordt ontwikkeld in Drexel’s College of Engineering, zou kunnen helpen de steeds toenemende elektromagnetische interferentie die gepaard gaat met de verspreiding van elektronische apparaten, in te perken. Krediet: Drexel University

Een recente ontdekking door materiaalwetenschappelijke onderzoekers van Drexel University’s College of Engineering zou op een dag kunnen voorkomen dat elektronische apparaten en componenten in de war raken als ze te dicht bij elkaar staan. Een speciale coating die ze hebben ontwikkeld, met behulp van een soort tweedimensionaal materiaal genaamd MXene, heeft aangetoond in staat te zijn de elektromagnetische velden die de oorzaak van het probleem zijn, te absorberen en uit te zenden.

Zoemen, feedback of statische elektriciteit zijn de merkbare manifestaties van elektromagnetische interferentie, een botsing van de elektromagnetische velden die worden gegenereerd door elektronische apparaten. Afgezien van de geluiden, kan dit fenomeen ook de prestaties van de apparaten verminderen en leiden tot oververhitting en storingen als het niet wordt gecontroleerd.

Terwijl onderzoekers en technologen dit probleem met elke generatie apparaten geleidelijk hebben verminderd, was hun strategie tot dusverre om vitale componenten te omhullen met een afscherming die elektromagnetische golven afbuigt. Maar volgens het Drexel-team is dit geen duurzame oplossing.

“Omdat het aantal elektronische apparaten zal blijven groeien, is het afbuigen van de elektromagnetische golven die ze produceren eigenlijk slechts een kortetermijnoplossing”, zegt Yury Gogotsi, Ph.D., Distinguished University en Bach-professor aan het College of Engineering, die leiding gaf aan het onderzoek. “Om dit probleem echt op te lossen, moeten we materialen ontwikkelen die de interferentie absorberen en verdrijven. We denken dat we precies zo’n materiaal hebben gevonden.”

In de recente editie van Celrapporten Fysische Wetenschapmeldde het team van Gogotsi dat het combineren van MXene, een tweedimensionaal materiaal dat ze meer dan tien jaar geleden ontdekten, met een geleidend element genaamd vanadium in een polymeeroplossing, een coating produceert die elektromagnetische golven kan absorberen.

Hoewel onderzoekers eerder hebben aangetoond dat MXenen zeer effectief zijn in het afweren van elektromagnetische interferentie door deze te reflecteren, verbetert het toevoegen van vanadiumcarbide in een polymeermatrix twee belangrijke kenmerken van het materiaal die de afschermingsprestaties verbeteren.

Volgens de onderzoekers zorgt het toevoegen van vanadium aan de MXene-structuur – een materiaal dat bekend staat om zijn duurzaamheid en corrosiebestendige eigenschappen, dat wordt gebruikt in staallegeringen voor ruimtevoertuigen en kernreactoren – ervoor dat lagen van het Mxene worden gevormd in een soort elektrochemisch rooster dat is perfect voor het vangen van ionen. Door gebruik te maken van microgolftransparant polymeer, wordt het materiaal ook beter doorlaatbaar voor de elektromagnetische golven.

Gecombineerd produceren deze eigenschappen een coating die volgens het onderzoek de energie van elektromagnetische golven kan absorberen, opsluiten en dissiperen met een efficiëntie van meer dan 90%.

“Opmerkelijk is dat het combineren van polyurethaan, een veelgebruikt polymeer dat wordt gebruikt in gewone muurverf, met een kleine hoeveelheid MXene-vulmiddel – ongeveer één deel MXene in 50 delen polyurethaan – meer dan 90% van de invallende elektromagnetische golven kan absorberen die de hele band van radarfrequenties bestrijken – bekend als X-bandfrequenties”, zegt Meikang Han, Ph.D., die als postdoctoraal onderzoeker bij Drexel deelnam aan het onderzoek. “Radiogolven verdwijnen gewoon in de MXene-polymeercomposietfilm – natuurlijk verdwijnt niets volledig, de energie van de golven wordt omgezet in een zeer kleine hoeveelheid warmte die gemakkelijk door het materiaal wordt afgevoerd.”

Een dunne laag van het op vanadium gebaseerde MXene-materiaal – minder dan de breedte van een mensenhaar – zou een materiaal ondoordringbaar kunnen maken voor elektromagnetische golven in het X-bandspectrum, dat microgolfstraling omvat en de meest voorkomende frequentie is die door apparaten wordt geproduceerd. Gogotsi voorspelt dat deze ontwikkeling belangrijk kan zijn voor toepassingen met een hoge inzet, zoals medische en militaire instellingen, wanneer het handhaven van technologische prestaties cruciaal is.

“Onze resultaten laten zien dat op vanadium gebaseerde MXenes een sleutelrol kunnen spelen in de uitbreiding van Internet of Things-technologie en 5G- en 6G-communicatie.” zei Gogotsi. “Deze studie biedt een nieuwe regisseur voor de ontwikkeling van dunne, zeer absorberende, op MXene gebaseerde materialen voor bescherming tegen elektromagnetische interferentie.”


Meer informatie:
Meikang Han et al, Efficiënte microgolfabsorptie met Vn+1CnT MXenes, Celrapporten Fysische Wetenschap (2022). DOI: 10.1016/j.xcrp.2022.101073

Journaal informatie:
Celrapporten Fysische Wetenschap

Geleverd door Drexel University

Nieuwste artikelen

spot_img

Related Stories

Leave A Reply

Vul alstublieft uw commentaar in!
Vul hier uw naam in