Incontra il MXene

Non si può negare il ruolo vitale che le onde elettromagnetiche svolgono nel nostro moderno mondo digitale. Tuttavia, man mano che vengono utilizzati sempre più dispositivi, le interferenze stanno diventando problematiche per alcune applicazioni come i dispositivi indossabili.

Una ricerca recentemente pubblicata sulla rivista CARBON ha dimostrato l'utilità di un materiale conduttivo bidimensionale chiamato MXene nel fornire interferenze elettromagnetiche (EMI) per dispositivi indossabili e mobili.

Yury Gogotsi, Ph.D., a capo del gruppo di ricerca con sede all'Università di Drexel, ha discusso in un comunicato stampa quanto stia diventando necessario integrare la protezione EMI negli indumenti per proteggere i dispositivi indossabili. Questa esigenza diventa più urgente man mano che i dispositivi indossabili diventano più comuni e necessari nella vita quotidiana.

L'EMI può destabilizzare connessioni importanti, provocando un rallentamento e la perdita del funzionamento dei dispositivi elettronici. Nei dispositivi di fascia consumer, questo può essere irritante. Nei dispositivi di tipo medico, questo potrebbe essere pericoloso.

Poiché MXene può essere rivestito su tessuti, segna uno sviluppo chiave nell’integrazione di capacità tecnologiche potenzialmente sicure come sensori e circuiti RF negli indumenti.

Il reparto notizie di Drexel ha definito questo tessuto rivestito con MXene un "tessuto di Faraday" in riferimento alla famosa gabbia di Faraday, dimostrata per la prima volta da Michael Faraday, che blocca i campi elettromagnetici in un involucro avvolgendolo in materiali conduttivi.

Per proteggere i dispositivi elettronici dalle EMI, i componenti importanti sono solitamente avvolti in un materiale schermante come rame o lamina. Tuttavia, questi materiali di schermatura possono aggiungere peso e ingombro ai dispositivi, il che è difficile per le applicazioni in cui le dimensioni e lo spazio sono importanti, come i dispositivi elettronici impiantabili e indossabili. Inoltre, questi materiali schermanti non fanno nulla per ridurre il rumore ambientale perché riflettono solo le onde in arrivo.

Gli MXene sono un tipo di composti bidimensionali di carburo e nitruro che sono altamente conduttivi e hanno un alto potenziale per applicazioni come elettrodi di ricarica più veloci della batteria. Sebbene le capacità di blocco EMI di MXene fossero note prima della ricerca del team Drexel, lo studio dimostra l'idea che può aderire in modo efficiente ai tessuti e mantenere le sue caratteristiche di schermatura.

Gogotsi e colleghi hanno lavorato con il carbonitruro di titanio, un tipo di MXene, per creare un materiale in grado di proteggere dalle radiazioni elettromagnetiche. Nei risultati recentemente pubblicati, i ricercatori descrivono un materiale sottile, spesso pochi atomi, che assorbe le onde anziché rifletterle.

Gogotsi, che lavora con gli MXene da quasi un decennio, ritiene che gli MXene possano essere utilizzati come schermatura EMI. Questo perché gli MXenes possono essere sviluppati stabilmente come rivestimento spray, consentendone l'applicazione sui tessuti senza aggiungere peso o occupare spazio.

Nel video qui sotto, un ricercatore mostra due telefoni che si connettono durante una chiamata e poi uno avvolto in tessuto rivestito di MXene. Il segnale per la chiamata successiva viene bloccato da MXene e viene visualizzato che non è in grado di connettersi.

In questo studio, i ricercatori hanno rivestito per immersione normali tessuti di cotone e lino in una soluzione MXene. Hanno scoperto che questo trasforma il tessuto in un materiale schermante, bloccando le EMI con un’efficacia del 99,9%. I fiocchi di MXene sospesi in soluzione aderiscono alle fibre di cotone e lino a causa della loro carica elettrica. Ciò produce un rivestimento duraturo e completo senza la necessità di altri processi di pre/post-trattamento.

I tessuti rivestiti con MXene sono stati testati dopo essere stati conservati in condizioni normali per due anni e hanno comunque dimostrato un'elevata efficienza di schermatura che è scesa solo leggermente dall'8% al 13%.

Oltre alla schermatura contro le interferenze elettromagnetiche, i nuovi tessuti che bloccano le onde possono anche aiutare a costruire tute protettive per le persone che hanno bisogno di entrare in ambienti con livelli pericolosamente elevati di campi elettromagnetici. Con questa innovazione del tessuto bloccante EMI, gli adattamenti possono essere numerosi.

Cattura dello schermo in primo piano utilizzata per gentile concessione della Drexel University.