违规发现导致具有非凡电磁屏蔽能力的新MXENE材料

Drexel和Kist的研究人员报告说，新的偏碳材料，碳氮化物，可以屏蔽电磁干扰，比目前用于电子设备的材料更好。

Drexel和Kist研究人员报告材料可以从电子设备吸收EMI。

随着我们欢迎无线技术进入更多生活领域，额外的电子喧嚣正在为电磁嘈杂的邻居制作。为了限制额外的流量，Drexel大学的研究人员一直在测试其干扰阻止能力的二维材料。他们在科学期刊中报告的最新发现是一种卓越的屏蔽能力，可以吸收电磁干扰，而不是刚刚偏转回磨损。

称为碳氮化钛的材料是一系列的二维材料的一部分，称为MxEnes，其在2011年的Drexel首次生产。研究人员透露，这些材料具有许多特殊性质，包括令人印象深刻的强度，高导电性和分子过滤能力。碳氮化物的特殊特性是它可以比任何已知材料更有效地阻挡和吸收电磁干扰，包括目前在大多数电子设备中使用的金属箔。

“这一发现破坏了电磁屏蔽领域中存在的所有障碍。它不仅揭示了一种屏蔽材料，可以比铜更好，但它也显示出一个令人兴奋的新物理，因为我们看到离散的二维材料以不同的方式与电磁辐射相互作用，而不是散装金属，“养老博士说，杰出的大学和德雷塞尔工程学院的杰克教授领导了这一研发的研究小组，其中包括来自韩国科学技术研究所的科学家，以及来自Drexel合作与该研究所的合作伙伴关系的学生。

虽然电磁干扰 - 工程师和技术人员的“EMI” - 技术用户仅被技术用户注意到，但可能是来自麦克风或扬声器的嗡嗡声，这对设计它的工程师来说是一个不断关注的问题。EMI干扰的事物是其他电气组件，例如天线和电路。它减少了电气性能，可以慢慢进行数据汇率，甚至可以中断设备的功能。

电子设计师和工程师倾向于使用屏蔽材料来包含和偏转器件中的EMI，通过覆盖具有铜笼的整个电路板，或者最近通过在箔屏蔽中包装近分配。但这两种策略都将批量和重量添加到设备上。

Gogotsi的小组发现，它的MXENE材料比铜更薄，更轻，可以在EMI屏蔽中非常有效。在四年前的科学中报告了他们的研究结果表明，MXENE称为碳化钛的MXENE表明，当时作为行业标准材料具有有效的潜力，并且可以容易地涂覆作为涂层。这项研究迅速成为该领域最有影响的发现之一，并激发了其他研究人员来查看其他材料的EMI屏蔽。

但随着德塞尔和康斯特团队继续检查家庭的其他成员，他们发现了碳氮化钛的独特品质，使其成为EMI屏蔽应用更为有前途的候选者。

“与碳化钛的比较，”碳氮化钛具有非常相似的结构 - 它们实际上除了用氮原子替换其一半的碳原子的一半 - 但碳氮化钛的导电率较小，“Kanit Hantanasirisakul，A Drexel材料科学与工程系的博士候选者。“所以我们希望获得对电导率和元素组成对EMI屏蔽应用的影响的根本理解。”

通过一系列测试，集团令人惊讶的发现。即，碳氮化物材料的薄膜 - 比人毛股线的厚度薄的多次 - 实际上可以比铜箔的相似厚度更有效地阻止EMI干扰约3-5倍，这通常用于电子设备。

“重要的是要注意，与已知的所有MxENES的最具导电碳化钛（碳化钛）表示，我们没有最初预期碳氮化钛MXEN更好，”Hantanasirisakul说。“我们首先想到测量或计算可能有问题。因此，我们重复一遍又一遍地的实验，以确保我们正确地完成了所有内容，并且这些价值是可重复的。“

也许比团队发现材料的屏蔽实力更重要，这是他们对其工作方式的新理解。大多数EMI屏蔽材料只需防止电磁波通过反射即将其渗透。虽然这对保护组件有效，但它不会缓解环境中的EMI传播的总体问题。Gogotsi的群体发现，碳氮化钛实际上通过吸收电磁波来阻止EMI。

“这是一种更可持续的方式来处理电磁污染，而不是简单地反映仍然损坏其他没有屏蔽的其他设备的波浪，”汉斯坦西里斯库尔说。“我们发现大多数波被层状碳氮化物蒙胶膜吸收。这就像在你的方式或挑选它的方式踢垃圾的区别 - 这最终是一个更好的解决方案。“

这也意味着碳氮化物可用于在装置内部涂覆涂覆组分以含有其EMI，即使它们被紧密地放在一起。像Apple这样的公司一直在努力解决这个遏制策略几年，但成功受到铜箔厚度的限制。由于设备设计人员努力使它们更加普遍，使它们更小，不那么明显，更集成，这种策略可能成为新的常态。

研究人员怀疑碳氮化钛的唯一性是由于其层叠的多孔结构，它允许EMI部分穿透材料，以及其化学组成，其捕获并散发EMI。当在地层的最终步骤中加热时，这种特征的组合出现在材料中，称为退火。

“这是一个违反直觉的发现。EMI屏蔽效果通常随电导率增加。我们知道热处理可以提高导电性，因此我们试图用碳氮化钛试图看出它是否会改善其屏蔽能力。我们发现的是它只会略微改善其电导率，但大大提高了其屏蔽效率，“Gogotsi说。“这项工作激励着我们，并且应该激励现场的其他人，以调查其他mxenes的性质和应用，因为尽管较少导电性，但它们可能表现出更好的性能。”

Drexel团队一直在扩大其范围，已经检查了16种不同MXENE材料的EMI屏蔽功能 - 大约在其实验室中产生的所有MxENes的一半。它计划继续调查碳氮化物的调查，以更好地了解其独特的电磁行为，希望预测其他材料的隐藏能力。

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参考：“由2D过渡金属碳氮化碳氧化物TI3CNTX（MXENE）的异常吸收通过Aamir IQBAL，Faisal Shahzad，Kanit Hantanasirisakul，Myung-Kikim，Jisung Kwon，Junpyo Hong，Hyerim Kim，Daesin Kim，Yury Gogotsi和Chong Min Koo， 2020年7月24日，Science.Doi：
10.1126 / science.aba7977.

除了Gogotsi和Hantanasirisakul，Aamir Iqbal，Faisal Shahzad，Myung-Ki Kim，Hyung Kwon，Junpyo Hong，Hyerim Kim，Daesin Kim和Chong Min Koo;来自韩国科技学院（KIST）的研究人员促成了这项研究。