En ny måde at fremstille MXene-film på, der blokerer for elektromagnetisk interferens

Udbredelsen og miniaturiseringen af ​​elektronik i enheder, wearables medicinske implantater og andre applikationer har gjort teknologier til blokering af elektromagnetisk interferens (EMI) særligt vigtige, og samtidig gøre implementeringen mere udfordrende. Mens EMI kan forårsage forstyrrelser i kommunikationen i kritiske applikationer, resulterer i potentielt katastrofale konsekvenser, traditionelle EMI-skjolde kræver store tykkelser for at være effektive, hæmmer designfleksibiliteten.

En løsning findes i MXenes, en familie af 2-D overgangsmetalkarbider, nitrider, og carbonitrider med potentiale til at blokere EMI viser høj ledningsevne og fremragende EMI-afskærmningsegenskaber. Nøglen til kommercialiseringen af ​​disse materialer er fremstilling i industriskala.

Et forskningshold med flere institutioner ledet af Andre D. Taylor, professor i kemisk og biomolekylær teknik ved NYU Tandon School of Engineering demonstrerede en ny tilgang til MXene-fremstilling, der kunne føre til metoder til produktion af MXene fritstående film i skala:drop-casting på præmønstrede hydrofobe substrater. Deres metode førte til en 38% forbedring af EMI-afskærmningseffektiviteten i forhold til konventionelle metoder. Arbejdet, "Skalerbar, Meget ledende, og mikromønsterbare MXene-film til forbedret elektromagnetisk interferensafskærmning" i første-jubilæumsudgaven af ​​Cell Press-publikationen Stof, foreslår, at mikromønstrede MXene-film, udarbejdet ved hjælp af en metode, der er skalerbar og giver mulighed for høj gennemstrømning, kan let bruges i EMI-afskærmning, energilagring, og optoelektronik applikationer.

Holdet, inklusive hovedforfatter Jason Lipton, en ph.d. kandidat under ledelse af Taylor, samt Elisa Riedo fra NYU Tandon og forskere fra Drexel University og Brookhaven National Laboratory, støbte vandige dispersioner af MXene nanoplader (med formlen Ti ₃ C ₂ Tx) på hydrofobe polystyrensubstrater og tørrede dem. Efter tørring, de resulterende fritstående film kunne let pilles af, en metode, der viser en række fordele i forhold til den konventionelle vakuum-assisteret filtreringsmetode med hensyn til tidseffektivitet, enkel betjening, og overfladeglathed.

Taylor sagde, at skønheden ved drop-casting-metoden ligger i dens evne til at tillade modulering af mikrometerskala 3-D-mønstre på filmoverfladen ved at bruge præ-mønstrede substrater (såsom en vinylplade, retroreflekterende emballage, og retroreflekterende tape). Han tilføjede, at forskningen fører til mere bæredygtig produktion.

"Vores arbejde illustrerer, hvordan MXene nanoflakes kan fremstilles til fritstående film uden behov for komplicerede og energikrævende instrumenter."

Lipton tilføjede, at en kritisk fordel ved processen er, at det giver bedre kontrol over tyndfilmskonfigurationen af ​​Ti ₃ C ₂ Tx (inklusive den laterale størrelse og tykkelsen).

"Den konventionelle visdom for at lave MXene-film er, at du skal matche et hydrofilt materiale med et hydrofilt substrat for at få en glat belægning, " sagde Lipton. "Vi fandt ud af, at hvis du i stedet forsøger at bruge en hydrofob overflade, resulterer det i enkle, skalerbar produktion af fritstående film, fordi MXenerne foretrækker at hænge sammen end at interagere med overfladen. Fordi der er mange kommercielt tilgængelige mikrostrukturerede plastik, der er mange muligheder for at lave en 3-D-mønstret MXene film, og vi finder ud af, at valg af det rigtige mønster kan forbedre EMI-afskærmningseffektiviteten dramatisk. Dette åbner op for en masse muligheder for at studere forskellige mikrostrukturerede MXene-kompositter til vidtgående applikationer."

"Beviset på konceptet markerer et væsentligt skridt mod den massive produktion af Ti ₃ C ₂ Tx film, som åbner et lyst mødested for at accelerere kommercialiseringen af ​​MXene-produkter, " tilføjede Taylor.