Благодаря MXenes, классу двумерных неорганических соединений, достижения Инженерного колледжа Университета Дрекселя в Филадельфии могут регулировать производительность электронных устройств, укреплять беспроводные соединения и защищать мобильную связь.
Команда, возглавляемая Юрием Гогоци, доктором наук, заслуженным университетом и профессором Баха в Инженерном колледже Дрекселя, ранее продемонстрировала, что двумерные слоистые материалы MXene в сочетании с раствором электролита могут быть превращены в экран от электромагнитных волн . Это последнее открытие MXene, о котором сообщается в Nature Nanotechnology , показывает, как это экранирование может быть настроено при приложении небольшого напряжения — по сообщениям, меньшего, чем напряжение, создаваемое щелочной батареей.
«Динамический контроль подавления электромагнитных волн был серьезной технологической задачей для защиты электронных устройств, работающих на гигагерцовых частотах, и множества других коммуникационных технологий», — говорится в заявлении Гогоци. «Поскольку количество беспроводных устройств, используемых в промышленном и частном секторах, увеличилось на порядки за последнее десятилетие, актуальность этой проблемы соответственно возросла. Вот почему наше открытие, которое динамически ослабит воздействие электромагнитных помех на эти устройства, может иметь большое значение».
MXene обладает высокой проводимостью, что делает его подходящим для отражения микроволнового излучения, которое может вызвать статическое электричество, обратную связь или снизить производительность устройств связи, но его внутреннюю химическую структуру также можно временно изменить, чтобы эти электромагнитные волны могли проходить.
Это означает, что тонкое покрытие на устройстве или электрических компонентах предотвращает как излучение ими электромагнитных волн, так и проникновение волн, излучаемых другой электроникой. Устранение возможности помех от внутренних и внешних источников может обеспечить работоспособность устройства, но необходимо допускать выход и вход некоторых волн, когда оно используется для связи.
По словам Дрекселя, ключом к двунаправленной настройке экранирующих свойств MXene является использование потока и выброса ионов для попеременного расширения и сжатия пространства между слоями материала, а также для изменения химии поверхности MXene.
При подаче на пленку небольшого напряжения ионы интеркалируют между слоями MXene, изменяя заряд их поверхности и вызывая электростатическое притяжение, которое служит для изменения расстояния между слоями, проводимости и эффективности экранирования материала. При деинтеркалировании ионов при отключении тока слои MXene возвращаются в исходное состояние.
Команда протестировала 10 различных комбинаций MXene-электролит, нанеся каждую из них с помощью краскораспылителя слоем примерно в 30-100 раз тоньше человеческого волоса. Утверждается, что материалы постоянно демонстрируют динамическую перестраиваемость эффективности экранирования при блокировании микроволнового излучения, что невозможно для традиционных металлов, таких как медь и сталь. Устройство также выдержало более 500 циклов зарядки-разрядки.
«Эти результаты показывают, что пленки MXene могут переходить от защиты от электромагнитных помех к передаче квазиэлектромагнитных волн путем электрохимического окисления MXene», — пишут Гогоци и его соавторы. «Пленка MXene потенциально может служить переключателем динамического экранирования электромагнитных помех».
Что касается приложений безопасности, Гогоци предполагает, что экранирование MXene может скрыть устройства от обнаружения радаром или другими системами отслеживания. Команда также проверила потенциал одностороннего экранирующего переключателя, позволяющего устройству оставаться необнаружимым и защищенным от несанкционированного доступа до тех пор, пока оно не будет развернуто для использования.
«Односторонний переключатель может отключить защиту и позволить послать сигнал или открыть связь в чрезвычайной ситуации или в нужный момент», — сказал Гогоци. «Это означает, что он может защитить коммуникационное оборудование от воздействия или вмешательства, пока оно не будет использовано. Например, он может упаковать устройство во время транспортировки или хранения, а затем активировать его только тогда, когда оно будет готово к использованию».
Следующим шагом для команды Гогоци является изучение дополнительных комбинаций и механизмов MXene-электролита для точной настройки экранирования для достижения более сильной модуляции передачи электромагнитных волн и динамической регулировки для блокировки излучения в различных диапазонах частот.
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК
Бесплатная служба распространения новостей для научных организаций и стартапов
hello@technovery.com