Ny teknologi leverer højteknologisk film, der blokerer for elektromagnetisk interferens

Elektromagnetisk interferens (EMI), som kan skade smartphones, tabletter, chips, droner, wearables, og endda fly og menneskers sundhed, er stigende med den eksplosive spredning af enheder, der genererer det. Markedet for EM-blokeringsløsninger, som anvender ledende eller magnetiske materialer, forventes at overstige $7 milliarder i 2022.

Andre Taylor, lektor i kemisk og biomolekylær teknik ved NYU Tandon School of Engineering, sammen med et hold, der inkluderede Yury Gogotsi, Distinguished University og Charles T. og Ruth M. Bach Professor Materials Science and Engineering ved Drexel University, og Menachem Elimelek, Roberto C. Goizueta professor i kemi- og miljøteknik ved Yale University brugte en innovativ teknik til at producere relativt billige EMI-blokerende kompositfilm.

Studiet, "Lag-for-lag samling af tværfunktionelle semi-transparente MXene-carbon nanorør kompositfilm til næste generation af elektromagnetisk interferensafskærmning, " vises i den 31. oktober, 2018 udgave af Avancerede funktionelle materialer . Hovedforfattere inkluderer Guo-Ming Weng, en postdoktor ved NYU Tandon, og Jinyang Li, lektor i materialevidenskab og teknik ved Southwest Jiaotong University, Chengdu, Kina.

At skabe filmene, teamet anvendte spin-spray lag-for-lag-behandling (SSLbL), en metode, som Taylor var banebrydende i 2012. Systemet anvender monterede sprayhoveder over en spincoater, der deponerer sekventielle nanometer-tykke monolag af modsat ladede forbindelser på en komponent, producere film af høj kvalitet på meget kortere tid end ved traditionelle metoder, såsom dyppebelægning.

Processen tillod dem at mode fleksibel, semi-transparent EMI-afskærmende film bestående af hundredvis af alternerende lag af kulstofnanorør (CNT), et modsat ladet titaniumcarbid kaldet MXene – en familie af carbidflager, først udviklet af Gogotsi – og polyelektrolytter. Taylor forklarede, at disse ladningsegenskaber giver fordele ud over EMI-afskærmning.

"Da vi arbejdede på at skelne de roller, forskellige komponenter spiller, " han sagde, "Vi fandt ud af, at den stærke elektrostatiske og hydrogenbinding mellem modsat ladede CNT- og MXene-lag gav høj styrke og fleksibilitet." Han tilføjede, at MXene har de dobbelte fordele ved at være både adsorberende (det klæber let til en overflade) og ledende, hvilket er vigtigt for at blokere EMI. "Og da filmen i sig selv er semi-transparent, den har fordelen af ​​at være anvendelig som EMI-afskærmning til enheder med skærme, såsom smartphones. Andre slags skjolde - f.eks. metal - er uigennemsigtige. Afskærmning er godt, men afskærmning, der tillader synligt lys igennem, er endnu bedre."

SSLbL-metoden giver også kontrol på nanometerniveau over filmens arkitektur, giver producenterne mulighed for at ændre specifikke kvalifikationer såsom ledningsevne eller gennemsigtighed, fordi det giver mulighed for diskrete ændringer i sammensætningen af ​​hvert lag. Derimod film, der omfatter en monolagsblanding af nanopartikler, polyelektrolytter og grafen i en matrix kan ikke ændres på denne måde. Udover høj stabilitet, fleksibilitet og semi-gennemsigtighed, MXene-CNT-kompositfilmene viste også høj ledningsevne, en egenskab, der er kritisk for elektromagnetisk afskærmning, fordi den spreder EM-impulser hen over filmens overflade, svækkelse og spredning af den.

Mens producenter har vist interesse for EMI-afskærmning lavet af carbonnanorør og grafen kombineret med ledende polymerkompositter, indtil nu en forholdsvis hurtig, billig, metoder til at skabe en optimal blanding af disse kvaliteter på en tynd fleksibel film var uhåndgribelig, forklarede Taylor.

"Den primære interesse i at tilføje kulstofmaterialer til afskærmning var at tilføje ledende veje gennem filmen, "sagde Taylor." Men SSLbL -systemet er også meget hurtigere end traditionel dip -belægning, hvor en komponent, der skal afskærmes, dyppes gentagne gange i et materiale, skyllet, derefter dyppet igen i et andet lag, og videre og videre. Det tager dage. Vores system kan skabe hundredvis af to lag af alternerende MXene og CNT på få minutter."

Mens spin-sprøjtning begrænser komponentstørrelsen, Taylor sagde det, i teorien, systemet kunne skabe EMI-afskærmning for enheder og komponenter svarende i diameter til 12-tommer wafere, for hvilken spin-coating ofte anvendes som en belægningsmekanisme i halvlederindustrien.

"Det er billigere at producere det på denne måde og hurtigere på grund af den tættere forbindelse mellem materialer, og LbL-processen letter det kontrollerede arrangement og samling af forskellige nanostrukturerede materialer meget bedre end blot at afsætte gentagne lag af en blanding på flere komponenter. Man kan forestille sig at tune de ønskede egenskaber af en tværfunktionel tyndfilm ved hjælp af en lang række parametre, nanostrukturerede materialer og polyelektrolytter ved hjælp af dette system."