Lernen Sie den MXene kennen

Es lässt sich nicht leugnen, dass elektromagnetische Wellen in unserer modernen digitalen Welt eine entscheidende Rolle spielen. Da jedoch immer mehr Geräte zum Einsatz kommen, werden Interferenzen für einige Anwendungen, wie z. B. tragbare Geräte, problematisch.

Kürzlich in der Fachzeitschrift CARBON veröffentlichte Forschungsergebnisse zeigten den Nutzen eines leitfähigen, zweidimensionalen Materials namens MXene bei der Bereitstellung elektromagnetischer Interferenzen (EMI) für tragbare und mobile Geräte.

Yury Gogotsi, Ph.D., Leiter des Forschungsteams der Universität Drexel, erläuterte in einer Pressemitteilung, wie notwendig es wird, EMI-Schutz in die Kleidung zu integrieren, um tragbare Geräte abzuschirmen. Dieser Bedarf wird immer dringender, da tragbare Geräte immer häufiger vorkommen und im täglichen Leben benötigt werden.

EMI kann wichtige Verbindungen destabilisieren, was zu einer Verlangsamung und einem Funktionsverlust elektronischer Geräte führt. Bei Verbrauchergeräten kann dies irritierend sein. Bei medizinischen Geräten könnte dies gefährlich sein.

Da MXene auf Stoffe aufgetragen werden kann, stellt es eine wichtige Entwicklung bei der potenziell sicheren Einbindung technologischer Fähigkeiten wie Sensoren und HF-Schaltkreise in Kleidung dar.

Die Nachrichtenabteilung von Drexel bezeichnete dieses mit MXene beschichtete Gewebe als „Faraday-Gewebe“ in Anlehnung an den berühmten Faraday-Käfig, der erstmals von Michael Faraday demonstriert wurde und elektromagnetische Felder in einem Gehäuse blockiert, indem er in leitende Materialien eingewickelt wird.

Um elektronische Geräte vor elektromagnetischer Strahlung zu schützen, werden wichtige Komponenten normalerweise in ein Abschirmmaterial wie Kupfer oder Folie eingewickelt. Allerdings können diese Abschirmmaterialien das Gewicht und Volumen von Geräten erhöhen, was bei Anwendungen, bei denen Größe und Platz eine wichtige Rolle spielen, wie beispielsweise implantierbare und tragbare Elektronikgeräte, schwierig ist. Diese Abschirmmaterialien tragen auch nicht zur Reduzierung von Umgebungsgeräuschen bei, da sie nur eintreffende Wellen reflektieren.

MXene sind eine Art zweidimensionale Karbid- und Nitridverbindungen, die hochleitfähig sind und ein hohes Potenzial für Anwendungen wie schnellere Batterieladeelektroden bergen. Obwohl die EMI-blockierenden Fähigkeiten von MXene bereits vor der Forschung des Drexel-Teams bekannt waren, demonstriert die Studie die Idee, dass es effizient an Stoffen haften und seine Abschirmeigenschaften beibehalten kann.

Gogotsi und Kollegen haben mit Titancarbonitrid, einer Art MXene, gearbeitet, um ein Material zu schaffen, das vor elektromagnetischer Strahlung schützen kann. In kürzlich veröffentlichten Ergebnissen beschreiben die Forscher ein dünnes, wenige Atome dickes Material, das Wellen absorbiert, anstatt sie zu reflektieren.

Gogotsi, der seit fast einem Jahrzehnt mit MXenes arbeitet, ist davon überzeugt, dass MXenes zur Abschirmung elektromagnetischer Störungen geeignet sind. Denn MXenes können stabil als Sprühbeschichtung entwickelt werden, sodass sie ohne zusätzliches Gewicht oder Platzbedarf auf Textilien aufgetragen werden können.

Im Video unten zeigt ein Forscher, wie zwei Telefone während eines Anrufs miteinander verbunden werden und dann eines in mit MXene beschichtetes Gewebe eingewickelt wird. Das Signal für den folgenden Anruf wird vom MXene blockiert und es wird angezeigt, dass keine Verbindung möglich ist.

In dieser Studie haben die Forscher normale Baumwoll- und Leinenstoffe in einer MXene-Lösung tauchbeschichtet. Sie fanden heraus, dass der Stoff dadurch zu einem Abschirmmaterial wird, das elektromagnetische Störungen mit einer Wirksamkeit von 99,9 % blockiert. In Lösung suspendierte MXene-Flocken haften aufgrund ihrer elektrischen Ladung an Baumwoll- und Leinenfasern. Dadurch entsteht eine gründliche, dauerhafte Beschichtung, ohne dass weitere Vor-/Nachbehandlungsprozesse erforderlich sind.

Die mit MXene beschichteten Stoffe wurden nach zweijähriger Lagerung unter normalen Bedingungen getestet und zeigten immer noch eine hohe Abschirmwirkung, die nur geringfügig um 8 % bis 13 % abnahm.

Neben der Abschirmung gegen elektromagnetische Störungen können die neuen wellenblockierenden Stoffe auch bei der Herstellung von Schutzanzügen für Menschen hilfreich sein, die sich in Umgebungen mit gefährlich hohen elektromagnetischen Feldern aufhalten müssen. Mit dieser Innovation des EMI-blockierenden Gewebes können zahlreiche Anpassungen vorgenommen werden.

Empfohlener Screenshot mit freundlicher Genehmigung der Drexel University.