Om du någonsin hört din motor varva genom din radio medan du lyssnar på en AM -station i din bil, eller fick din tv att göra ett surrande ljud när din mobiltelefon är nära den, då har du upplevt elektromagnetisk störning. Detta fenomen, orsakad av radiovågor, kan härröra från allt som skapar, bär eller använder elektrisk ström, inklusive TV- och internetkablar, och, självklart mobiltelefoner och datorer. En grupp forskare vid Drexel University och Korea Institute of Science &Technology arbetar med att rensa upp denna elektromagnetiska förorening genom att begränsa utsläppen med en tunn beläggning av ett nanomaterial som kallas MXene.

Elektromagnetisk strålning finns överallt – det har varit fallet sedan universums början. Men spridningen av elektronik under de senaste decennierna har bidragit både till mängden strålning som genereras på vår planet och dess märkbarhet.

"När tekniken utvecklas och elektroniken blir lättare, snabbare och mindre, deras elektromagnetiska störningar ökar dramatiskt, " sa Babak Anasori, Doktorsexamen, en forskningsassistent professor i A.J. Drexel Nanomaterials Institute, och en medförfattare till artikeln "Electromagnetic Interference Shielding with 2D Transition Metal Carbides (MXenes), " som nyligen publicerades i tidskriften Vetenskap . "Internt elektromagnetiskt brus som kommer från olika elektroniska delar kan ha en allvarlig effekt på vardagliga enheter som mobiltelefoner, surfplattor och bärbara datorer, leder till funktionsfel och övergripande försämring av enheten."

Dessa effekter sträcker sig från tillfällig monitor "suddighet, "konstigt surrande från en Bluetooth-enhet, till en långsam bearbetningshastighet för en mobil enhet. Avskärmning mot elektromagnetiska störningar inkluderar vanligtvis att omsluta enheters inre med ett hölje eller bur av en ledande metall som koppar eller aluminium, eller en beläggning av metalliskt bläck. Och även om detta är effektivt, det lägger också vikt till enheten och anses vara en begränsning för hur liten enheten kan utformas.

"I allmänhet, tillräcklig avskärmning kan uppnås genom att använda tjocka metaller, dock, materialförbrukning och vikt gör dem till en nackdel för användning i flyg- och telekommunikationstillämpningar, " sa Anasori. "Därför, det är av stor vikt att uppnå bättre skydd med tunnare filmer."

Deras resultat tyder på att några få atomer tunn titankarbid, ett av cirka 20 tvådimensionella material i MXene-familjen som upptäcktes av Drexel Universitys forskare, kan vara effektivare för att blockera och begränsa elektromagnetiska störningar, med den extra fördelen att den är extremt tunn och lätt att applicera i en beläggning bara genom att spraya den på vilken yta som helst – som färg.

"Med tekniken som utvecklas så snabbt, vi förväntar oss att smarta enheter har fler funktioner och blir mindre för varje dag. Detta innebär att packa fler elektroniska delar i en enhet och fler enheter som omger oss, "sa Yury Gogotsi, Doktorsexamen, Distinguished University and Trustee Chair professor vid College of Engineering och direktör för A.J. Nanomaterials Institute som föreslog idén och ledde denna forskning. "Att få alla dessa elektroniska komponenter att fungera utan att störa varandra, vi behöver sköldar som är tunna, lätt och lätt att applicera på enheter av olika former och storlekar. Vi tror att MXenes kommer att bli nästa generations skyddsmaterial för bärbara, flexibel och bärbar elektronik."

Forskare testade prover av MXene-filmer i tjocklek från bara ett par mikrometer (en tusendels millimeter) upp till 45 mikrometer, som är något tunnare än ett människohår. Detta är viktigt eftersom ett material avskärmningseffektivitet, ett mått på ett materials förmåga att blockera elektromagnetisk strålning från att passera genom det, tenderar att öka med sin tjocklek, och för denna forskning försökte teamet identifiera den tunnaste iterationen av ett avskärmande material som fortfarande effektivt kunde blockera strålningen.

Vad de fann är att den tunnaste filmen av MXene konkurrerar med koppar- och aluminiumfolier när det gäller avskärmningseffektivitet. Och genom att öka tjockleken på MXene till 8 mikrometer, de kunde uppnå 99,9999 procent blockering av strålning med frekvenser som täcker intervallet från mobiltelefoner till radar.

I jämförelse med andra syntetiska material, såsom grafen eller kolfibrer, det tunna provet av MXene fungerade mycket bättre. Faktiskt, för att uppnå kommersiella elektromagnetiska skärmningskrav, för närvarande använda kol-polymerkompositer måste vara mer än en millimeter tjocka, vilket skulle lägga en hel del kraft till en enhet som en iPhone, det är bara sju millimeter tjockt.

Nyckeln till MXenes prestanda ligger i dess höga elektriska ledningsförmåga och tvådimensionella struktur. Enligt författarna, när elektromagnetiska vågor kommer i kontakt med MXene, vissa reflekteras omedelbart från dess yta, medan andra passerar genom ytan men de förlorar energi bland materialets atomärt tunna lager. De elektromagnetiska vågorna med lägre energi reflekteras så småningom fram och tillbaka från de inre lagren tills de är helt absorberade i strukturen.

Ett annat resultat, that already portends MXene's usefulness in protecting wearable devices, is that its shielding effectiveness is just as stout when it is combined with a polymer to make a composite coating. Och, 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, Låg densitet, 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.