德雷塞尔大学 Drexel和KIST的研究人员报告说，一种新的MXene材料，碳氮化钛，可以比目前用于电子设备的材料更好地屏蔽电磁干扰
学分:德雷克塞尔大学 随着我们欢迎无线技术进入生活的更多领域，额外的电子喧嚣正在形成一个电磁噪音的社区
为了限制额外的流量，德雷克塞尔大学的研究人员一直在测试以干扰阻挡能力闻名的二维材料
他们的最新发现发表在《科学》杂志上，这是一种新的二维材料具有非凡的屏蔽能力，可以吸收电磁干扰，而不仅仅是反射回战场
这种被称为碳氮化钛的材料是二维材料家族MXenes的一部分，该家族于2011年在Drexel首次生产
研究人员发现，这些材料具有许多优异的性能，包括令人印象深刻的强度、高导电性和分子过滤能力
碳氮化钛的独特之处在于，它比任何已知材料，包括目前大多数电子设备中使用的金属箔，都能更有效地阻挡和吸收电磁干扰
“这一发现打破了电磁屏蔽领域存在的所有障碍
它不仅揭示了一种比铜更有效的屏蔽材料，而且还展示了一种令人兴奋的新物理学的出现，因为我们看到离散的二维材料与电磁辐射的相互作用方式不同于散装金属。
D
，杰出的大学教授，德崇工程学院的巴赫教授，他领导的研究小组做出了这个MXene的发现，其中还包括来自韩国科技学院的科学家，以及来自德崇与该学院的合作伙伴关系的学生
虽然电磁干扰——对工程师和技术人员来说是“电磁干扰”——很少被技术用户注意到，很可能是麦克风或扬声器发出的嗡嗡声，但它是设计它的工程师一直关心的问题
电磁干扰干扰的是其他电子元件，如天线和电路
它会降低电气性能，降低数据交换速率，甚至会中断设备的功能
电子设计人员和工程师倾向于使用屏蔽材料来抑制和偏转设备中的电磁干扰，或者用铜笼覆盖整个电路板，或者最近用箔屏蔽来包裹单个元件
但是这两种策略都增加了设备的体积和重量
Gogotsi的团队发现其MXene材料比铜更薄更轻，在屏蔽电磁干扰方面非常有效
他们的发现发表在四年前的《科学》杂志上，表明一种叫做碳化钛的MXene显示出与当时的工业标准材料一样有效的潜力，并且它可以很容易地用作涂层
这项研究很快成为该领域最有影响力的发现之一，并启发其他研究人员研究其他电磁干扰屏蔽材料
但随着Drexel和KIST团队继续为此应用检查该系列的其他成员，他们发现碳氮化钛的独特品质使其成为更有希望的电磁干扰屏蔽应用的候选材料
“与碳化钛相比，碳氮化钛具有非常相似的结构——除了用氮原子取代一半的碳原子之外，它们实际上是相同的——但是碳氮化钛的导电性要差一个数量级，”德雷克塞尔大学材料科学与工程系的博士生Kanit Hantanasirisakul说
“因此，我们想从根本上了解电导率和元素组成对电磁干扰屏蔽应用的影响
" 通过一系列测试，该小组有了惊人的发现
也就是说，一层碳氮化钛材料——比一缕头发的厚度薄很多倍——实际上可以比类似厚度的铜箔(通常用于电子设备)更有效地阻挡电磁干扰大约3-5倍
“重要的是要注意，我们最初并不期望碳氮化钛MXene比所有已知MXene中导电性最好的碳化钛更好，”汉塔纳西里沙库尔说
“我们首先认为测量或计算可能有问题
因此，我们一遍又一遍地重复实验，以确保我们做的每件事都是正确的，并且值是可重复的
" 也许比该团队发现这种材料的屏蔽能力更重要的是他们对其工作方式的新理解
大多数电磁干扰屏蔽材料只是通过反射电磁波来防止电磁波的穿透
虽然这对于保护元件是有效的，但是它不能减轻电磁干扰在环境中传播的整体问题
Gogotsi的团队发现碳氮化钛实际上通过吸收电磁波来阻挡电磁干扰
“这是一种更可持续的处理电磁污染的方法，而不是简单地反射波，这种反射波仍然会损坏其他没有屏蔽的设备，”汉塔纳西利亚科尔说
“我们发现大部分波被层状碳氮化物MXene薄膜吸收
这就像把垃圾踢开或捡起来的区别——这最终是一个更好的解决方案
" 这也意味着碳氮化钛可以用来单独涂覆器件内部的元件，以抑制它们的电磁干扰，即使它们被紧密地放置在一起
像苹果这样的公司已经尝试这种遏制策略好几年了，但是成功受到铜箔厚度的限制
随着设备设计者努力让它们变得更小、更不显眼、更具集成性，这种策略很可能成为新的规范
研究人员怀疑碳氮化钛的独特之处在于它的层状多孔结构，这种结构允许电磁干扰部分穿透材料，以及它的化学成分，这种化学成分可以捕获和消散电磁干扰
当材料在最后一个成型步骤(称为退火)中被加热时，这种特性的组合出现在材料中
“这是一个违反直觉的发现
电磁干扰屏蔽效率通常随着电导率的增加而增加
我们知道热处理可以提高导电性，所以我们尝试用碳氮化钛来提高它的屏蔽能力
我们发现它只是略微提高了它的导电性，但却极大地提高了它的屏蔽效能，”戈戈特西说
“这项工作激励着我们，也应该激励该领域的其他人去研究其他MXenes的特性和应用，因为尽管它们的导电性较差，但性能可能会更好
" Drexel团队一直在扩大其范围，并已经检查了16种不同MXene材料的电磁干扰屏蔽能力——大约是其实验室生产的所有MXene的一半
它计划继续研究碳氮化钛，以更好地理解其独特的电磁行为，希望预测其他材料中隐藏的能力
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