Con il boom dell'elettronica indossabile, Dispositivi Internet of Things e altro ancora, i rivestimenti che bloccano le radiazioni elettromagnetiche stanno diventando una parte fondamentale del processo di produzione. Andre ́ D. Taylor e Ph.D. studente Jason Lipton hanno ideato un efficiente, modo rapido per realizzare tali rivestimenti con carburi di metalli di transizione MXene 2D. Credito:NYU Tandon School of Engineering
La proliferazione e la miniaturizzazione dell'elettronica nei dispositivi, gli impianti medici indossabili e altre applicazioni hanno reso particolarmente importanti le tecnologie per il blocco delle interferenze elettromagnetiche (EMI), rendendo la loro attuazione più impegnativa. Mentre l'EMI può causare interruzioni nella comunicazione in applicazioni critiche, con conseguenze potenzialmente disastrose, gli schermi EMI tradizionali richiedono grandi spessori per essere efficaci, ostacolare la flessibilità del design.
Una soluzione risiede in MXenes, una famiglia di carburi di metalli di transizione 2-D, nitruri, e carbonitruri con potenziale di blocco EMI dimostrano un'elevata conduttività ed eccellenti proprietà di schermatura EMI. La chiave per la commercializzazione di questi materiali è la produzione su scala industriale.
Un team di ricerca multi-istituzionale guidato da Andre D. Taylor, professore di ingegneria chimica e biomolecolare presso la NYU Tandon School of Engineering ha dimostrato un nuovo approccio alla fabbricazione di MXene che potrebbe portare a metodi per la produzione su larga scala di film indipendenti di MXene:la colata a goccia su substrati idrofobici preconfigurati. Il loro metodo ha portato a un miglioramento del 38% dell'efficienza della schermatura EMI rispetto ai metodi convenzionali. Il lavoro, "Scalabile, Altamente Conduttivo, e Micropatternable MXene Films for Enhanced Electromagnetic Interference Shielding" nel numero del primo anniversario della pubblicazione Cell Press Questione, suggerisce che i film MXene micropatterned, preparato utilizzando un metodo che è scalabile e consente un elevato throughput, può essere facilmente utilizzato nella schermatura EMI, stoccaggio di energia, e applicazioni optoelettroniche.
Il gruppo, tra cui l'autore principale Jason Lipton, un dottorato di ricerca candidato sotto la guida di Taylor, così come Elisa Riedo della NYU Tandon e ricercatori della Drexel University e del Brookhaven National Laboratory, dispersioni acquose colate di nanosheet di MXene (con la formula Ti 3 C 2 Tx) su substrati di polistirene idrofobo e asciugarli. Dopo l'essiccazione, le pellicole autoportanti risultanti potrebbero essere facilmente staccate, un metodo che dimostra una serie di vantaggi rispetto al metodo di filtrazione assistita da vuoto convenzionale per quanto riguarda l'efficienza nel tempo, semplicità di funzionamento, e levigatezza superficiale.
Taylor ha affermato che la bellezza del metodo di colata a goccia risiede nella sua capacità di consentire la modulazione di modelli 3D su scala micrometrica sulla superficie del film utilizzando substrati pre-modellati (come un disco in vinile, imballaggio retroriflettente, e nastro retroriflettente). Ha aggiunto che la ricerca porta verso una produzione più sostenibile.
"Il nostro lavoro illustra come i nanoflakes di MXene possono essere prodotti in film indipendenti senza la necessità di strumenti complicati e che consumano energia".
Lipton ha aggiunto che un vantaggio fondamentale del processo è che consente un migliore controllo della configurazione del film sottile di Ti 3 C 2 Tx (comprese le dimensioni laterali e lo spessore).
"La saggezza convenzionale per realizzare film MXene è che dovresti abbinare un materiale idrofilo con un substrato idrofilo per ottenere un rivestimento liscio, " ha detto Lipton. "Abbiamo scoperto che se invece si tenta di utilizzare una superficie idrofoba risulta semplice, produzione scalabile di film indipendenti perché i MXene preferiscono restare uniti piuttosto che interagire con la superficie. Poiché ci sono molte plastiche microstrutturate disponibili in commercio, ci sono molte opzioni per realizzare un film MXene con motivi 3D, e troviamo che la scelta del modello giusto può migliorare notevolmente l'efficacia della schermatura EMI. Questo apre molte opportunità per studiare diversi compositi MXene microstrutturati per applicazioni ad ampio raggio"
"Il proof of concept segna un passo fondamentale verso la massiccia produzione di Ti 3 C 2 Tx film, che apre un luogo luminoso per accelerare la commercializzazione dei prodotti MXene, " ha aggiunto Taylor.
