Se hai mai sentito il tuo motore girare attraverso la radio mentre ascolti una stazione AM nella tua auto, o hai fatto emettere un ronzio alla tua televisione quando il tuo cellulare è vicino ad essa, allora hai sperimentato un'interferenza elettromagnetica. Questo fenomeno, causato da onde radio, può provenire da tutto ciò che crea, trasporta o utilizza una corrente elettrica, compresi i cavi televisivi e Internet, e, ovviamente cellulari e computer. Un gruppo di ricercatori della Drexel University e del Korea Institute of Science &Technology sta lavorando per ripulire questo inquinamento elettromagnetico contenendo le emissioni con un sottile rivestimento di un nanomateriale chiamato MXene.

La radiazione elettromagnetica è ovunque, così è stato fin dall'inizio dell'universo. Ma la proliferazione dell'elettronica negli ultimi decenni ha contribuito sia al volume di radiazioni generate sul nostro pianeta che alla sua percettibilità.

"Man mano che la tecnologia si evolve e l'elettronica diventa più leggera, più veloce e più piccolo, la loro interferenza elettromagnetica aumenta drammaticamente, " disse Babak Anasori, dottorato di ricerca, un professore assistente di ricerca presso l'A.J. Istituto di nanomateriali Drexel, e coautore del documento "Electromagnetic Interference Shielding with 2D Transition Metal Carbides (MXenes), " che è stato recentemente pubblicato sulla rivista Scienza . "Il rumore elettromagnetico interno proveniente da diverse parti elettroniche può avere un grave effetto sui dispositivi di uso quotidiano come telefoni cellulari, tablet e laptop, portando a malfunzionamenti e al degrado generale del dispositivo."

Questi effetti vanno dalla "sfocatura" temporanea del monitor, " strano ronzio da un dispositivo Bluetooth, a una velocità di elaborazione lenta di un dispositivo mobile. La schermatura contro le interferenze elettromagnetiche in genere include il rivestimento dell'interno dei dispositivi con un rivestimento o una gabbia di un metallo conduttivo come rame o alluminio, o un rivestimento di inchiostro metallico. E mentre questo è efficace, aggiunge anche peso al dispositivo ed è considerato una restrizione su quanto piccolo può essere progettato il dispositivo.

"Generalmente, un'adeguata schermatura può essere ottenuta utilizzando metalli spessi, però, il consumo di materiale e il peso li rendono svantaggiati per l'uso in applicazioni aerospaziali e di telecomunicazione, " disse Anasori. "Pertanto, è di grande importanza ottenere una migliore protezione con pellicole più sottili."

I loro risultati suggeriscono che pochi atomi di carburo di titanio sottile, uno dei circa 20 materiali bidimensionali della famiglia MXene scoperti dagli scienziati della Drexel University, può essere più efficace nel bloccare e contenere le interferenze elettromagnetiche, con l'ulteriore vantaggio di essere estremamente sottile e facilmente applicabile in un rivestimento semplicemente spruzzandolo su qualsiasi superficie, come la vernice.

"Con la tecnologia che avanza così velocemente, ci aspettiamo che i dispositivi intelligenti abbiano più capacità e diventino ogni giorno più piccoli. Ciò significa imballare più parti elettroniche in un dispositivo e più dispositivi che ci circondano, " ha detto Yury Gogotsi, dottorato di ricerca, Distinguished University and Trustee Chair Professor presso il College of Engineering e Direttore dell'A.J. Nanomaterials Institute che ha proposto l'idea e guidato questa ricerca. "Per far funzionare tutti questi componenti elettronici senza interferire tra loro, abbiamo bisogno di scudi sottili, leggero e facile da applicare a dispositivi di diverse forme e dimensioni. Riteniamo che MXenes rappresenterà la prossima generazione di materiali di schermatura per dispositivi portatili, elettronica flessibile e indossabile."

I ricercatori hanno testato campioni di film MXene con uno spessore che varia da un paio di micrometri (un millesimo di millimetro) fino a 45 micrometri, che è leggermente più sottile di un capello umano. Questo è significativo perché l'efficacia schermante di un materiale, una misura della capacità di un materiale di bloccare il passaggio delle radiazioni elettromagnetiche attraverso di esso, tende ad aumentare con il suo spessore, e ai fini di questa ricerca il team stava cercando di identificare l'iterazione più sottile di un materiale schermante che potesse ancora bloccare efficacemente la radiazione.

Quello che hanno scoperto è che il film più sottile di MXene è in competizione con i fogli di rame e alluminio quando si tratta di efficacia di schermatura. E aumentando lo spessore del MXene a 8 micrometri, potrebbero ottenere il 99,9999 percento di blocco delle radiazioni con frequenze che coprono la gamma dai telefoni cellulari ai radar.

Rispetto ad altri materiali sintetici, come il grafene o le fibre di carbonio, il sottile campione di MXene si è comportato molto meglio. Infatti, per soddisfare i requisiti di schermatura elettromagnetica commerciale, i compositi carbonio-polimero attualmente utilizzati dovrebbero avere uno spessore superiore a un millimetro, che aggiungerebbe un bel po' di peso a un dispositivo come un iPhone, che è solo sette millimetri di spessore.

La chiave delle prestazioni di MXene risiede nella sua elevata conduttività elettrica e nella struttura bidimensionale. Secondo gli autori, quando le onde elettromagnetiche entrano in contatto con MXene, alcuni sono immediatamente riflessi dalla sua superficie, mentre altri passano attraverso la superficie ma perdono energia tra gli strati atomicamente sottili del materiale. Le onde elettromagnetiche a bassa energia vengono infine riflesse avanti e indietro dagli strati interni fino a quando non vengono completamente assorbite nella struttura.

Un altro risultato, that already portends MXene's usefulness in protecting wearable devices, is that its shielding effectiveness is just as stout when it is combined with a polymer to make a composite coating. E, on weight basis, it even outperforms pure copper.

"This finding is significant since several commercial requirements for an electromagnetic interference shield product are engrained in a single material, " Gogotsi said. "MXene displays many of these characteristics, including high shielding effectiveness, low density, small thickness, high flexibility and simple processing. So it is an excellent candidate for use in numerous applications."

This technological development resulted from a fundamental study of MXene properties, which was funded by the National Science Foundation. The next step for the research team will be to find support for a broader study on other MXenes, selecting the best shielding material and testing it in devices.