Elektromagnetisk störning (EMI), som kan skada smartphones, tabletter, pommes frites, drönare, användbara, och till och med flygplan och människors hälsa, ökar med den explosiva spridningen av enheter som genererar den. Marknaden för EM-blockerande lösningar, som använder ledande eller magnetiska material, förväntas överstiga 7 miljarder dollar år 2022.

Andre Taylor, docent i kemisk och biomolekylär teknik vid NYU Tandon School of Engineering, tillsammans med ett team som inkluderade Yury Gogotsi, Distinguished University och Charles T. och Ruth M. Bach Professor Materialvetenskap och teknik vid Drexel University, och Menachem Elimelech, Roberto C. Goizueta Professor i kemi- och miljöteknik vid Yale University använde en innovativ teknik för att producera relativt billiga EMI-blockerande kompositfilmer.

Studien, "Lager-för-lager-montering av tvärfunktionella halvtransparenta MXene-kol-nanorörs kompositfilmer för nästa generations elektromagnetiska störningar, "visas den 31 oktober, 2018 nummer av Avancerade funktionella material . Ledande författare inkluderar Guo-Ming Weng, en postdoktor vid NYU Tandon, och Jinyang Li, docent i materialvetenskap och teknik vid Southwest Jiaotong University, Chengdu, Kina.

För att skapa filmer, laget använde spin-spray lager-för-lager-bearbetning (SSLbL), en metod som Taylor var föregångare till 2012. Systemet använder monterade sprayhuvuden ovanför en spinnbeläggare som avsätter sekventiella nanometertjocka monoskikt av motsatt laddade föreningar på en komponent, producera filmer av hög kvalitet på mycket kortare tid än med traditionella metoder, såsom doppbeläggning.

Processen gjorde det möjligt för dem att flexibla, halvtransparent EMI-skärmande film som består av hundratals alternerande lager av kolnanorör (CNT), en motsatt laddad titankarbid som heter MXene - en familj av hårdmetallflingor som först konstruerades av Gogotsi - och polyelektrolyter. Taylor förklarade att dessa laddningsegenskaper ger fördelar utöver EMI -skärmning.

"När vi arbetade med att urskilja de roller som olika komponenter spelar, " han sa, "Vi fann att den starka elektrostatiska och vätebindningen mellan motsatt laddade CNT- och MXene -skikt ger hög hållfasthet och flexibilitet." Han tillade att MXene har dubbla fördelar med att vara både adsorberande (det fäster lätt på en yta) och ledande, vilket är viktigt för att blockera EMI. "Och eftersom filmen i sig är halvtransparent, den har fördelen av att vara tillämplig som EMI -skärmning för enheter med skärmar, som smartphones. Andra typer av sköldar - till exempel metall - är ogenomskinliga. Skärmning är bra, men skärmning som släpper igenom synligt ljus är ännu bättre. "

SSLbL-metoden ger också kontroll på nanometernivå över filmens arkitektur, tillåter tillverkare att ändra specifika kvalifikationer som konduktivitet eller transparens, eftersom det möjliggör diskreta förändringar i sammansättningen av varje lager. Däremot, filmer som innehåller en blandning av nanopartiklar i ett skikt, polyelektrolyter och grafen i en matris kan inte modifieras så. Förutom hög stabilitet, flexibilitet och halvtransparens, MXene-CNT-kompositfilmerna visade också hög konduktivitet, en egenskap som är kritisk för elektromagnetisk skärmning eftersom den sprider EM -pulser över filmens yta, försvagas och sprids.

Medan tillverkare har visat intresse för EMI -skärmning av kolnanorör och grafen i kombination med ledande polymerkompositer, tills nu en relativt snabb, billig, sätt att skapa en optimal blandning av dessa kvaliteter på en tunn flexibel film var svårfånglig, förklarade Taylor.

"Det främsta intresset för att tillsätta kolmaterial till skärmning var att lägga till ledande vägar genom filmen, "sa Taylor." Men SSLbL -systemet är också mycket snabbare än traditionell doppbeläggning, där en komponent som ska skärmas doppas upprepade gånger i ett material, sköljt, doppade sedan igen i ett annat lager, och så vidare. Det tar dagar. Vårt system kan skapa hundratals tvåskikt av alternerande MXene och CNT på några minuter. "

Medan centrifugering begränsar komponentstorlek, Taylor sa att i teorin, systemet kan skapa EMI-skärmning för enheter och komponenter motsvarande i diameter till 12-tums skivor, för vilken spinnbeläggning ofta används som en beläggningsmekanism i halvledarindustrin.

"Det är billigare att producera det på detta sätt och snabbare på grund av den tätare anslutningen mellan material, och LbL -processen underlättar kontrollerat arrangemang och montering av olika nanostrukturerade material mycket bättre än att bara avsätta upprepade lager av en blandning på flera komponenter. Man kan tänka sig att ställa in önskade egenskaper hos en tvärfunktionell tunn film med hjälp av ett stort antal parametrar, nanostrukturerade material och polyelektrolyter som använder detta system. "