Elektromagnetische straling blokkeren door een schakelaar om te zetten

Onderzoekers van de Drexel University’s College of Engineering hebben een dunne-filmapparaat ontwikkeld, vervaardigd door spraycoating, dat elektromagnetische straling kan blokkeren met een druk op de knop.

De doorbraak, mogelijk gemaakt door veelzijdige tweedimensionale materialen genaamd MXenes, zou de prestaties van elektronische apparaten kunnen aanpassen, draadloze verbindingen kunnen versterken en mobiele communicatie kunnen beveiligen tegen inbraak.

Het team, geleid door Yury Gogotsi (Drexel’s College of Engineering), heeft eerder aangetoond dat de tweedimensionale gelaagde MXene-materialen, in combinatie met een elektrolytoplossing, kunnen worden omgezet in een krachtig actief schild tegen elektromagnetische golven. Deze nieuwste MXene-ontdekking, gerapporteerd in Nature Nanotechnology, laat zien hoe deze afscherming kan worden afgesteld wanneer een kleine spanning – minder dan die geproduceerd door een alkalinebatterij – wordt toegepast.

“Dynamische controle van elektromagnetische golfstoring is een belangrijke technologische uitdaging geweest voor het beschermen van elektronische apparaten die werken op gigahertz-frequenties en een verscheidenheid aan andere communicatietechnologieën”, zegt Gogotsi. “Aangezien het aantal draadloze apparaten dat in de industriële en particuliere sector wordt gebruikt de afgelopen tien jaar met ordes van grootte is toegenomen, is de urgentie van deze uitdaging navenant toegenomen. Daarom zou onze ontdekking – die het effect van elektromagnetische interferentie op deze apparaten dynamisch zou verminderen – een brede impact kunnen hebben.”

MXene is zeer geleidend, waardoor het perfect geschikt is voor het reflecteren van microgolfstraling die statische elektriciteit of feedback kan veroorzaken of de prestaties van communicatieapparatuur kan verminderen, terwijl de interne chemische structuur ook tijdelijk kan worden gewijzigd om deze elektromagnetische golven door te laten.

Dit betekent dat een dunne laag op een apparaat of elektrische componenten zowel verhindert dat ze elektromagnetische golven uitzenden als dat ze de golven van andere elektronica ontvangen. Tegelijk kunnen golven er wel doorheen wanneer gewenst.

De sleutel tot de bidirectionele afstembaarheid is het gebruik van de stroom en uitdrijving van ionen om afwisselend de ruimte tussen de materiaallagen te vergroten en te comprimeren, zoals een accordeon, en om de oppervlaktechemie te veranderen.

Met een kleine spanning op de film komen ionen tussen de MXene-lagen binnen, waardoor de lading van hun oppervlak verandert en elektrostatische aantrekking wordt veroorzaakt. Wanneer de ionen worden gedeïntercaleerd, terwijl de stroom wordt uitgeschakeld, keren de lagen terug naar hun oorspronkelijke staat.

Het team testte 10 MXene-elektrolyt-combinaties, die via een verfspuit werden aangebracht in een laag die 30 tot 100 keer dunner was dan een mensenhaar. De materialen toonden consequent de dynamische afstembaarheid. En het apparaat behield de prestaties gedurende 500 laad-ontlaadcycli.

Ondetecteerbaar

Gogotsi suggereert dat de MXene-afscherming apparaten zou kunnen verbergen voor detectie door radar of andere traceersystemen. Het team testte ook het potentieel van een eenrichtingsafschermingsschakelaar. Hierdoor zou een apparaat ondetecteerbaar en beschermd blijven tegen ongeautoriseerde toegang totdat het wordt ingezet voor gebruik.