Spridningen och miniatyriseringen av elektronik i enheter, bärbara medicinska implantat och andra applikationer har gjort teknologier för att blockera elektromagnetisk störning (EMI) särskilt viktig, samtidigt som de gör implementeringen mer utmanande. Även om EMI kan orsaka störningar i kommunikationen i kritiska applikationer, resulterar i potentiellt katastrofala konsekvenser, traditionella EMI-sköldar kräver stora tjocklekar för att vara effektiva, hämmar designflexibiliteten.

En lösning finns i MXenes, en familj av 2-D övergångsmetallkarbider, nitrider, och karbonitrider med potential att blockera EMI uppvisar hög ledningsförmåga och utmärkta EMI-avskärmande egenskaper. Nyckeln till kommersialiseringen av dessa material är tillverkning i industriskala.

En forskargrupp med flera institutioner ledd av Andre D. Taylor, professor i kemisk och biomolekylär ingenjörsteknik vid NYU Tandon School of Engineering visade ett nytt tillvägagångssätt för MXene-tillverkning som kan leda till metoder för produktion av MXene fristående filmer i stor skala:droppgjutning på förmönstrade hydrofoba substrat. Deras metod ledde till en 38% förbättring av EMI-skärmningseffektiviteten jämfört med konventionella metoder. Arbetet, "Skalbar, Mycket ledande, och mikromönsterbara MXene-filmer för förbättrad elektromagnetisk störningsavskärmning" i ettårsjubileumsnumret av Cell Press-publikationen Materia, föreslår att mikromönstrade MXene-filmer, förberedd med en metod som är skalbar och möjliggör hög genomströmning, kan lätt användas i EMI-skärmning, energilagring, och optoelektroniktillämpningar.

Laget, inklusive huvudförfattaren Jason Lipton, en Ph.D. kandidat under ledning av Taylor, samt Elisa Riedo från NYU Tandon och forskare från Drexel University och Brookhaven National Laboratory, gjutna vattenhaltiga dispersioner av MXene nanosheets (med formeln Ti ₃ C ₂ Tx) på hydrofoba polystyrensubstrat och torkade dem. Efter torkning, de resulterande fristående filmerna kunde lätt skalas av, en metod som visar en mängd fördelar jämfört med den konventionella vakuumassisterade filtreringsmetoden med avseende på tidseffektivitet, enkel operation, och ytjämnhet.

Taylor sa att skönheten med droppgjutningsmetoden ligger i dess förmåga att möjliggöra modulering av mikrometerskaliga 3D-mönster på filmytan genom att använda förmönstrade substrat (som en vinylskiva, retroreflekterande förpackning, och retroreflekterande tejp). Han tillade att forskningen leder till mer hållbar produktion.

"Vårt arbete illustrerar hur MXene nanoflakes kan tillverkas till fristående filmer utan behov av komplicerade och energikrävande instrument."

Lipton tillade att en avgörande fördel med processen är att den möjliggör bättre kontroll av tunnfilmskonfigurationen av Ti ₃ C ₂ Tx (inklusive lateral storlek och tjocklek).

"Den konventionella visdomen för att göra MXene-filmer är att du bör matcha ett hydrofilt material med ett hydrofilt substrat för att få en jämn beläggning, " sa Lipton. "Vi upptäckte att om du istället försöker använda en hydrofob yta resulterar det i enkla, skalbar produktion av fristående filmer eftersom MXenes föredrar att hålla ihop än att interagera med ytan. Eftersom det finns många kommersiellt tillgängliga mikrostrukturerade plaster, det finns många alternativ för att göra en 3D-mönstrad MXene-film, och vi finner att valet av rätt mönster dramatiskt kan förbättra EMI-avskärmningseffektiviteten. Detta öppnar upp för många möjligheter att studera olika mikrostrukturerade MXene-kompositer för breda applikationer."

"Proof of concept markerar ett viktigt steg mot den massiva produktionen av Ti ₃ C ₂ Tx filmer, som öppnar en ljus plats för att påskynda kommersialiseringen av MXene-produkter, " tillade Taylor.