MXene复合材料可以通过吸收来消除电磁干扰

德雷克塞尔大学工程学院材料科学研究人员最近的一项发现可能有一天会阻止电子设备和组件在彼此太靠近时出现故障。他们开发的一种特殊涂层，使用一种称为MXene的二维材料，已证明能够吸收和分散作为问题根源的电磁场。

嗡嗡声、反馈或静电是电磁干扰的明显表现，是电子设备产生的电磁场的碰撞。除了声音之外，如果不加以控制，这种现象还会降低设备的性能并导致过热和故障。

虽然研究人员和技术人员已经逐渐减少了每一代设备的这个问题，但他们迄今为止的策略一直是用能够偏转电磁波的屏蔽来包裹重要部件。但根据Drexel团队的说法，这不是一个可持续的解决方案。

“由于电子设备的数量将继续增长，偏转它们产生的电磁波实际上只是一个短期解决方案，”杰出大学和工程学院巴赫教授YuryGogotsi说，他领导这项研究。“要真正解决这个问题，我们需要开发能够吸收和消散干扰的材料。我们相信我们已经找到了这样的材料。”

在最近一期的CellReportsPhysicalScience中，Gogotsi的团队报告说，他们在十多年前发现的一种二维材料MXene与聚合物溶液中的一种称为钒的导电元素相结合，可以产生一种可以吸收电磁波的涂层。

虽然研究人员之前已经证明MXenes通过反射电磁干扰非常有效，但在聚合物基体中添加碳化钒可以增强材料的两个关键特性，从而提高其屏蔽性能。

据研究人员称，在MXene结构中添加钒(一种以其耐用性和耐腐蚀特性而闻名的材料，用于航天器和核反应堆的钢合金)会导致Mxene层形成一种电化学网格，即非常适合捕获离子。使用微波透明聚合物，使材料对电磁波也更具渗透性。

研究表明，这些特性相结合，可以产生一种涂层，该涂层可以以超过90%的效率吸收、捕获和消散电磁波的能量。

“值得注意的是，将聚氨酯(一种用于普通墙面涂料的常见聚合物)与微量MXene填料(约50份聚氨酯中的一份MXene)结合起来，可以吸收覆盖整个雷达频段的90%以上的入射电磁波——被称为X波段频率，”作为Drexel的博士后研究员参与这项研究的韩美康博士说。“无线电波只是在MXene-聚合物复合膜内消失了——当然，没有什么会完全消失，波的能量转化为极少量的热量，很容易被材料耗散。”

钒基MXene材料的薄涂层(小于人类头发的宽度)可以使材料对X波段光谱中的任何电磁波(包括微波辐射，并且是设备产生的最常见频率)中的任何电磁波都不可渗透。Gogotsi预测，当保持技术性能至关重要时，这种发展对于医疗和军事环境等高风险应用可能很重要。

“我们的研究结果表明，钒基MXene可以在物联网技术以及5G和6G通信的扩展中发挥关键作用。”戈戈齐说。“这项研究为薄型、高吸收性、基于MXene的电磁干扰防护材料的开发提供了新的指导。”