De proliferatie en miniaturisering van elektronica in apparaten, wearables, medische implantaten en andere toepassingen hebben technologieën voor het blokkeren van elektromagnetische interferentie (EMI) bijzonder belangrijk gemaakt, terwijl de implementatie ervan uitdagender wordt. Hoewel EMI verstoringen in de communicatie in kritieke toepassingen kan veroorzaken, met mogelijk desastreuze gevolgen, traditionele EMI-schilden vereisen grote diktes om effectief te zijn, ontwerpflexibiliteit belemmeren.

Eén oplossing bevindt zich in MXenes, een familie van 2D-overgangsmetaalcarbiden, nitriden, en carbonitriden met potentieel voor het blokkeren van EMI vertonen een hoge geleidbaarheid en uitstekende EMI-afschermingseigenschappen. De sleutel tot de commercialisering van deze materialen is productie op industriële schaal.

Een multi-institutioneel onderzoeksteam onder leiding van Andre D. Taylor, hoogleraar chemische en biomoleculaire engineering aan de NYU Tandon School of Engineering demonstreerde een nieuwe benadering van MXene-fabricage die zou kunnen leiden tot methoden voor grootschalige productie van MXene vrijstaande films:drop-casting op vooraf gevormde hydrofobe substraten. Hun methode leidde tot een verbetering van 38% van de EMI-afschermingsefficiëntie ten opzichte van conventionele methoden. Het werk, "Schaalbaar, Zeer geleidend, en Micropatternable MXene Films for Enhanced Electromagnetic Interference Shielding" in het eerste jubileumnummer van de Cell Press-publicatie Materie, suggereert dat MXene-films met micropatronen, voorbereid met behulp van een methode die schaalbaar is en een hoge doorvoer mogelijk maakt, kan gemakkelijk worden gebruikt in EMI-afscherming, energie opslag, en opto-elektronica toepassingen.

Het team, waaronder hoofdauteur Jason Lipton, een doctoraat kandidaat onder begeleiding van Taylor, evenals Elisa Riedo van NYU Tandon en onderzoekers van de Drexel University en het Brookhaven National Laboratory, gegoten waterige dispersies van MXene nanosheets (met de formule Ti ₃ C ₂ Tx) op hydrofobe polystyreensubstraten en droog ze. Na het drogen, de resulterende vrijstaande films konden gemakkelijk worden afgepeld, een methode die een aantal voordelen aantoont ten opzichte van de conventionele vacuümgeassisteerde filtratiemethode met betrekking tot tijdefficiëntie, bediening eenvoud, en gladheid van het oppervlak.

Taylor zei dat de schoonheid van de drop-casting-methode ligt in het vermogen om 3D-patronen op micrometerschaal op het filmoppervlak te moduleren door gebruik te maken van vooraf gevormde substraten (zoals een vinylplaat, retroreflecterende verpakking, en retroreflecterende tape). Hij voegde eraan toe dat het onderzoek leidt tot een meer duurzame productie.

"Ons werk illustreert hoe MXene-nanoflakes kunnen worden vervaardigd tot vrijstaande films zonder dat er ingewikkelde en energieverbruikende instrumenten nodig zijn."

Lipton voegde eraan toe dat een cruciaal voordeel van het proces is dat de dunne-filmconfiguratie van Ti . beter kan worden gecontroleerd ₃ C ₂ Tx (inclusief de laterale maat en de dikte).

"De conventionele wijsheid voor het maken van MXene-films is dat je een hydrofiel materiaal moet matchen met een hydrofiel substraat om een ​​gladde coating te krijgen, " zei Lipton. "We ontdekten dat als je in plaats daarvan een hydrofoob oppervlak probeert te gebruiken, dit resulteert in eenvoudige, schaalbare productie van vrijstaande films omdat de MXenen liever aan elkaar plakken dan interactie hebben met het oppervlak. Omdat er veel commercieel verkrijgbare microgestructureerde kunststoffen zijn, er zijn veel opties om een ​​MXene-film met 3D-patroon te maken, en we ontdekken dat het kiezen van het juiste patroon de effectiviteit van de EMI-afscherming drastisch kan verbeteren. Dit biedt veel mogelijkheden om verschillende microgestructureerde MXene-composieten te bestuderen voor uiteenlopende toepassingen"

"De proof of concept markeert een essentiële stap naar de massale productie van Ti ₃ C ₂ Tx-films, die een heldere locatie opent om de commercialisering van MXene-producten te versnellen, ", voegde Taylor eraan toe.