Interferenza elettromagnetica (EMI), che possono danneggiare gli smartphone, compresse, patatine fritte, droni, Indossabili, e persino gli aerei e la salute umana, è in aumento con la proliferazione esplosiva dei dispositivi che lo generano. Il mercato delle soluzioni di blocco EM, che impiegano materiali conduttivi o magnetici, dovrebbe superare i 7 miliardi di dollari entro il 2022.

André Taylor, professore associato di ingegneria chimica e biomolecolare presso la NYU Tandon School of Engineering, insieme a una squadra che includeva Yury Gogotsi, Distinguished University e Charles T. e Ruth M. Bach Professore di Scienza e ingegneria dei materiali presso la Drexel University, e Menachem Elimelech, Roberto C. Goizueta Professore di ingegneria chimica e ambientale all'Università di Yale ha utilizzato una tecnica innovativa per produrre film compositi bloccanti EMI a costi relativamente bassi.

Lo studio, "Assemblaggio strato per strato di pellicole composite di nanotubi di carbonio MXene semitrasparenti interfunzionali per la schermatura delle interferenze elettromagnetiche di nuova generazione, " appare il 31 ottobre, numero 2018 di Materiali funzionali avanzati . Gli autori principali includono Guo-Ming Weng, un borsista post-dottorato alla NYU Tandon, e Jinyang Li, professore associato di scienza e ingegneria dei materiali presso la Southwest Jiaotong University, Chengdu, Cina.

Per modellare i film, il team ha impiegato l'elaborazione strato per strato (SSLbL) a spruzzo di spin, un metodo introdotto da Taylor nel 2012. Il sistema impiega testine di spruzzatura montate sopra un rivestimento rotante che depositano monostrati sequenziali dello spessore di nanometri di composti con carica opposta su un componente, produrre film di alta qualità in molto meno tempo rispetto ai metodi tradizionali, come il rivestimento per immersione.

Il processo ha permesso loro di moda flessibile, pellicola semitrasparente di schermatura EMI composta da centinaia di strati alternati di nanotubi di carbonio (CNT), un carburo di titanio con carica opposta chiamato MXene, una famiglia di scaglie di carburo progettata per la prima volta da Gogotsi, e polielettroliti. Taylor ha spiegato che tali caratteristiche di carica conferiscono vantaggi oltre la schermatura EMI.

"Mentre lavoravamo per discernere i ruoli che giocano i diversi componenti, " Egli ha detto, "Abbiamo scoperto che il forte legame elettrostatico e idrogeno tra gli strati di CNT e MXene con carica opposta ha conferito elevata resistenza e flessibilità". Ha aggiunto che MXene ha il duplice vantaggio di essere sia adsorbente (aderisce facilmente a una superficie) che conduttivo, che è importante per bloccare l'EMI. "E poiché il film stesso è semitrasparente, ha il vantaggio di essere applicabile come schermatura EMI per dispositivi con schermi di visualizzazione, come gli smartphone. Altri tipi di scudi, ad esempio in metallo, sono opachi. La schermatura è buona, ma la schermatura che lascia passare la luce visibile è ancora migliore."

Il metodo SSLbL conferisce inoltre un controllo a livello nanometrico sull'architettura del film, consentendo ai produttori di cambiare qualifiche specifiche come la conduttività o la trasparenza, perché consente discreti cambiamenti nella composizione di ogni strato. Al contrario, film costituiti da un mélange monostrato di nanoparticelle, polielettroliti e grafene in una matrice non possono essere così modificati. Oltre all'elevata stabilità, flessibilità e semitrasparenza, i film compositi MXene-CNT hanno anche dimostrato un'elevata conduttività, una proprietà fondamentale per la schermatura elettromagnetica perché dissipa gli impulsi EM sulla superficie del film, indebolirlo e disperderlo.

Mentre i produttori hanno mostrato interesse per la schermatura EMI realizzata con nanotubi di carbonio e grafene combinati con compositi polimerici conduttivi, fino ad ora relativamente veloce, poco costoso, i mezzi per creare un mix ottimale di queste qualità su un film sottile e flessibile era elusivo, ha spiegato Taylor.

"L'interesse principale nell'aggiunta di materiali in carbonio alla schermatura era aggiungere percorsi conduttivi attraverso il film, " ha affermato Taylor. "Ma il sistema SSLbL è anche molto più veloce del tradizionale rivestimento per immersione, in cui un componente da schermare viene ripetutamente immerso in un materiale, sciacquato, poi immerso di nuovo in un altro strato, e ancora e ancora. Ci vogliono giorni. Il nostro sistema può creare centinaia di doppi strati di MXene e CNT alternati in pochi minuti."

Mentre la spruzzatura a centrifuga limita le dimensioni dei componenti, Taylor ha detto che in teoria, il sistema potrebbe creare schermature EMI per dispositivi e componenti di diametro equivalente ai wafer da 12 pollici, per il quale lo spin-coating è spesso impiegato come meccanismo di rivestimento nell'industria dei semiconduttori.

"È meno costoso produrlo in questo modo e più veloce a causa della connessione più stretta tra i materiali, e il processo LbL facilita la disposizione e l'assemblaggio controllati di materiali nanostrutturati disparati molto meglio del semplice deposito di strati ripetuti di una miscela su più componenti. Si può immaginare di mettere a punto le proprietà desiderate di un film sottile interfunzionale utilizzando un'ampia gamma di parametri, materiali nanostrutturati e polielettroliti che utilizzano questo sistema."