MXene の紹介

現代のデジタル世界で電磁波が果たす重要な役割は否定できません。 しかし、より多くのデバイスが使用されるようになるにつれて、ウェアラブル デバイスなどの一部のアプリケーションでは干渉が問題になり始めています。

CARBON 誌に最近掲載された研究では、MXene と呼ばれる導電性の二次元材料が、ウェアラブル デバイスやモバイル デバイスに電磁干渉 (EMI) を提供する際の有用性を実証しました。

ドレクセル大学を拠点とする研究チームのリーダーであるユーリー・ゴゴツィ博士は、ウェアラブルデバイスを保護するために衣服にEMI保護を組み込むことがいかに必要になってきているかについてプレスリリースで論じた。 ウェアラブル デバイスがより一般的になり、日常生活で必要とされるようになるにつれて、このニーズはさらに差し迫ったものになります。

EMI は重要な接続を不安定にし、電子機器の速度低下や機能の喪失につながる可能性があります。 消費者向けデバイスでは、これはイライラする可能性があります。 医療グレードの機器では、これは危険である可能性があります。

MXene は布地にコーティングできるため、センサーや RF 回路などの技術機能を衣類に安全に織り込む可能性を秘めた重要な開発となります。

ドレクセル社の報道部門は、マイケル・ファラデーによって最初に実証された、導電性材料で包むことによって筐体内の電磁場を遮断する有名なファラデーケージにちなんで、このMXeneでコーティングされた生地を「ファラデー生地」と呼んだ。

電子機器を EMI から保護するために、重要なコンポーネントは通常、銅や箔などのシールド材で包まれています。 ただし、これらのシールド材はデバイスの重量と体積を増加させる可能性があり、埋め込み型電子機器やウェアラブル電子機器など、サイズとスペースが重視される用途では困難です。 これらのシールド材も、入ってくる波を反射するだけなので、周囲の騒音を軽減する効果はありません。

MXene は、二次元の炭化物および窒化物化合物の一種で、導電性が高く、バッテリーの高速充電電極などの用途に高い可能性を秘めています。 MXene の EMI ブロック能力は Drexel チームの研究以前から知られていましたが、この研究は、MXene が生地に効率的に接着し、そのシールド特性を維持できるという考えを示しています。

Gogotsi らは、MXene の一種である炭窒化チタンを使用して、電磁放射から保護できる材料を作成してきました。 最近発表された研究結果では、研究者らは、波を反射するのではなく吸収する、数原子の厚さの薄い物質について説明しています。

ほぼ 10 年間 MXene に取り組んできた Gogotsi 氏は、MXene が EMI シールドとして使用できると信じています。 これは、MXenes をスプレーコーティングとして安定して開発できるため、重量を増やさず、スペースをとらずに繊維製品に適用できるためです。

下のビデオでは、研究者が 2 台の電話が通話に接続し、もう 1 台が MXene でコーティングされた生地で包まれている様子を示しています。 次の通話の信号は MXene によってブロックされ、接続できないことが示されています。

この研究では、研究者らは通常の綿と麻の布地を MXene 溶液に浸漬コーティングしました。 これにより、生地がシールド素材に変わり、99.9% の効果で EMI をブロックできることがわかりました。 溶液中に懸濁したMXeneフレークは、その帯電により綿や麻の繊維に付着します。 これにより、他の前後処理プロセスを必要とせずに、完全な耐久性のあるコーティングが生成されます。

MXene でコーティングされた生地は、通常の条件下で 2 年間保管された後にテストされましたが、依然として高いシールド効率が実証され、わずか 8% ～ 13% の低下にとどまりました。

新しい電波遮断生地は、EMI に対するシールドに加えて、危険なほど高レベルの電磁場がある環境に入る必要がある人々のための防護服の製造にも役立つ可能性があります。 EMI ブロック生地のこの革新により、数多くの適応が可能になります。

注目の画面キャプチャはドレクセル大学のご厚意により使用されています。