隨著電子和電路在許多不同的系統和裝置中變得越來越普遍,從蜂巢式手機、平板電腦,以及甚至是電視和網際網路電纜而來的電磁輻射量日益增加,導致電磁污染問題越來越嚴重。Drexel University材料科學與工程系與韓國科學與技術研究院(KIST)的研究人員合作,發現MXene的薄塗層在EMI保護方面比銅或鋁的效果更好。

MXene是一種極其輕薄的奈米材料,在阻擋與吸收電磁輻射的效果比銅或鋁更好,可望成為保護電子裝置的理想塗層。

根據發表這項測試結果的《科學》(Science)期刊,MXenes是結合金屬導電性和親水性表面的2D金屬碳化物和氮化物。以先前發現的MXene薄膜測試其不同的厚度,從微米到45微米不等,研究團隊發現,採用這種碳化鈦MXene製成的薄膜在阻擋EMI的效果比傳統採用銅或鋁罩或是金油墨塗層的保護方法更好。

材料的EMI屏蔽效果通常會隨其厚度增加而提高,而最薄的MXene薄膜屏蔽效果大約等於銅箔和鋁箔。而當使其厚度增加到8微米時,MXene薄膜則可為頻譜範圍從雷達到蜂巢式手機的裝置阻擋掉大約99.9999%的輻射頻率。而由MXene製造的45微米厚塗層,則提供了92分貝的屏蔽效率,研究人員說這在具有類似厚度的合成材料中表現最好。

20161020 MXene NT01P2 目前的電磁保護材料為行動裝置增加了許多重量和體積,未來,透過使用MXene的薄塗層保護個別元件,可望突破這個限制 (來源:Drexel University)

針對塗層應用,極其需要這種超薄的材料。為了達到與45微米MXene塗層相同的性能,目前用於滿足商業屏蔽要求的碳-聚合物複合材料都必須超過1mm厚,但這對於厚度僅7mm的iPhone來說可能會太重以及太厚。

此外,塗層也必須具有良好的柔韌性與高導電性,因為這樣才能屏蔽任何形狀的表面。由於許多EMI都是經由小型電子裝置內部的元件所產生的,而這種材料也能屏蔽非常小型的元件。這種塗層還可以經由噴塗的方式施加在任何表面上。而在結合這種材料與聚合物,製造成複合塗層後,也不減其屏蔽的有效性,使其成為用於保護可穿戴式裝置的理想選擇。 其

20161020 MXene NT01P3 MXene經由吸收與擷取各分層之間的輻射波,從而阻擋了電磁干擾 (來源:Drexel University)

MXene的原理是反射和吸收電磁波。有些材料可能從塗層的表面立即反射,其他的可能在通過後從材料的原子級薄層中失去能量。低能量的電磁波繼續從內層反射出來,直到在結構中完全被吸收。

研究人員表示,他們的下一步將是尋找對於更廣泛研究其他MXenes的支持,並從中選擇最好的屏蔽材料,厶伋在各種不同的裝置中進行測試。目前的測試結果是由美國國家科學基金會(NSF)贊助的MXene特性基礎研究的一部份。

編譯:Susan Hong

(參考原文:New Nanomaterial, MXene, Is the Best-Ever Protection Against Electromagnetic Inference,by Ann R. Thryft)