喷涂二维材料“翻转开关”就能阻挡电磁波

据研发人员介绍，一种含有二维材料的喷涂涂层可以通过翻转开关阻挡电磁辐射。

宾夕法尼亚德雷塞尔大学的研究人员说，这种薄膜装置可以调整电子设备的性能，加强无线连接，保护移动通信免受入侵。

由Yury Gogotsi教授领导的团队此前证明了2D材料称为MXenes当与电解质溶液结合时，可以变成一个有效的屏蔽电磁波。

该团队的最新工作表明，当施加比碱性电池产生的电压更小的电压时，屏蔽是如何“调谐”的。

Gogotsi说:“电磁波干扰的动态控制一直是保护在千兆赫频率下工作的电子设备和各种其他通信技术的重大技术挑战。”

“随着工业和私营部门使用的无线设备的数量在过去十年中以数量级增长，这一挑战的紧迫性也相应增加。这就是为什么我们的发现——可以动态地减轻电磁干扰对这些设备的影响——可能会产生广泛的影响。”

MXene具有很高的导电性，非常适合反射可能导致静态、反馈或降低通信设备性能的微波辐射。它的内部化学结构也可以暂时改变，以允许这些电磁波通过。

这意味着设备或电子元件上的一层薄涂层可以防止它们发射电磁波，也可以防止它们被其他电子设备发射的电磁波穿透。消除来自内部和外部源的干扰可以确保设备的性能，但在用于通信时，必须允许一些波退出和进入。

Gogotsi说:“如果不能控制设备内部和周围电磁波的涨落，就有点像漏水的水龙头——你并没有真正切断水，持续的滴水也没有好处。”“我们的屏蔽可以确保管道是严密的，也就是说，在我们想要使用设备之前，没有电磁辐射泄漏或进入。”

MXene屏蔽特性的“双向可调性”的关键是利用离子的流动和排出交替扩大和压缩材料层之间的空间，以及改变表面化学成分。

通过对薄膜施加小电压，离子进入或插入MXene层之间，改变其表面的电荷并诱导静电吸引。这改变了材料的层间距、电导率和屏蔽效率。当离子被脱插时，由于电流被切断，MXene层恢复到原始状态。

该团队测试了10种不同的mxene -电解质组合，每一种都通过油漆喷雾器涂在比人类头发薄30到100倍的层上。这些材料在阻挡微波辐射时始终表现出屏蔽效率的动态可调性，这对铜和钢等传统金属来说是不可能的。该设备在超过500次充放电循环中保持了性能。

对于安全应用，Gogotsi建议MXene屏蔽可以隐藏设备，不被雷达或其他跟踪系统发现。该团队还测试了单向屏蔽开关的潜力，该开关将使设备保持不可探测的状态，并保护其免受未经授权的访问，直到它被部署使用。

Gogotsi说:“单向开关可以打开保护，在紧急情况或需要的时刻发送信号或打开通信。”“这意味着它可以保护通信设备在使用前不受影响或篡改。例如，它可以在运输或储存期间包裹设备，然后只有在准备使用时才会激活。”

该团队现在将探索额外的mxene -电解质组合和机制来微调屏蔽，有可能实现动态调整，以阻挡各种带宽的辐射。

这项研究发表在自然纳米技术．

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