製造阻止電磁幹擾的MXene膜的新方法

2020-08-27 工程學習

隨著可穿戴電子設備，物聯網設備等的興起，阻止電磁輻射的塗層已成為製造過程中的關鍵部分。安德烈·泰勒（AndréD.Taylor）和博士 學生Jason Lipton設計了一種有效，快速的方法，以MXene 2D過渡金屬碳化物製造此類塗層。圖片來源：紐約大學丹頓工程學院

設備，可穿戴醫療植入物和其他應用中電子設備的激增和小型化使得阻斷電磁幹擾（EMI）的技術變得尤為重要，同時使其實施更具挑戰性。儘管EMI可能會導致關鍵應用中的通信中斷，從而導致潛在的災難性後果，但傳統的EMI屏蔽罩需要較大的厚度才能有效發揮作用，從而妨礙了設計靈活性。

一種解決方案存在於MXenes中，這是一類具有阻止EMI潛力的2-D過渡金屬碳化物，氮化物和碳氮化物，具有高導電性和出色的EMI屏蔽性能。這些材料商業化的關鍵是工業規模的製造。

紐約大學丹頓工程學院化學與生物分子工程教授安德烈·D·泰勒（Andre D. Taylor）領導的多機構研究團隊展示了一種新穎的MXene製造方法，該方法可能導致大規模生產MXene獨立膜的方法：澆鑄在預先形成圖案的疏水性基材上。他們的方法使EMI屏蔽效率比傳統方法提高了38％。Cell Press出版刊物Matter的一周年刊物上的工作「用於增強電磁幹擾屏蔽的可縮放，高導電和可微圖案化的MXene膜」 ， 這表明使用可擴展且允許高通量的方法製備的微圖案化MXene膜可輕鬆用於EMI屏蔽，能量存儲和光電應用。

該團隊包括主要作者Jason Lipton，博士。在泰勒（Taylor）以及紐約大學丹頓分校的Elisa Riedo以及德雷克塞爾大學和布魯克海文國家實驗室的研究人員的指導下，將MXene納米片（分子式為Ti 3 C 2 Tx）的水分散體澆鑄在疏水性聚苯乙烯基材上並乾燥。乾燥後，可以很容易地剝離所得的自支撐膜，這種方法在時間效率，操作簡便性和表面光滑度方面均表現出優於常規真空輔助過濾方法的多種優勢。

泰勒說，滴鑄法的優點在於它能夠通過利用預先構圖的基材（例如黑膠唱片，逆向反射包裝和逆向反射帶）調節薄膜表面上的微米級3-D圖案。 。他補充說，這項研究使生產更加可持續。

「我們的工作說明了如何將MXene納米薄片製成獨立的薄膜，而無需使用複雜且耗能的儀器。」

Lipton補充說，該工藝的關鍵優勢在於可以更好地控制Ti 3 C 2 Tx的薄膜結構（包括橫向尺寸和厚度）。

Lipton說：「製造MXene膜的傳統常識是，應將親水性材料與親水性基材匹配，以獲得光滑的塗層。」 「我們發現，如果改用疏水性表面，則會產生簡單，可擴展的獨立膜生產，因為MXenes傾向於粘在一起而不是與表面相互作用。因為有許多市售的微結構塑料，所以有很多可以選擇製作3D圖案的MXene膜，我們發現選擇正確的圖案可以顯著提高EMI屏蔽效果。這為研究廣泛應用的不同微結構化MXene複合材料提供了很多機會。」

泰勒補充說：「 概念證明是邁向大規模生產Ti 3 C 2 Tx薄膜的重要一步，這為加速MXene產品的商業化提供了廣闊的空間。」

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