通过拨动开关阻挡无线电波和电磁干扰

德雷塞尔大学工程学院的研究人员开发了一种薄膜装置，通过喷涂制造，可以通过拨动开关来阻挡电磁辐射。这一突破由称为MXenes的多功能二维材料实现，可以调整电子设备的性能，加强无线连接并保护移动通信免受入侵。

该团队由杰出大学Yury Gogotsi博士和德雷克塞尔工程学院的巴赫教授领导，此前曾证明，十多年前发现的二维层状MXene材料与 电解质溶液，可以变成强大的主动盾牌，抵御 电磁波.

这一最新的MXene发现，报告在 自然纳米技术，显示了当施加小电压(小于碱性电池产生的电压)时如何调整这种屏蔽。

“电磁波干扰的动态控制一直是保护的一个重大技术挑战。 电子设备 在千兆赫频率和各种其他通信技术下工作，“Gogotsi说。

“随着工业和私营部门使用的无线设备数量在过去十年中增加了几个数量级，这一挑战的紧迫性也相应增加。这就是为什么我们的发现 - 这将动态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是一种独特的材料，因为它具有高导电性 - 使其非常适合反射可能导致静电，反馈或降低通信设备性能的微波辐射 - 但其内部化学结构也可以暂时改变以允许这些电磁波通过。

这意味着设备上的薄涂层或 电气元件 防止它们发射电磁波，以及被其他电子设备发射的电磁波穿透。消除来自内部和外部来源的干扰的可能性可以确保设备的性能，但是在用于通信时必须允许一些波退出和进入。

“如果无法控制设备内部和周围电磁波的潮起潮落，它有点像漏水的水龙头 - 你并没有真正关闭水，不断滴水是不好的，”Gogotsi说。“我们的屏蔽确保管道是紧密的 - 可以这么说 - 没有 电磁辐射 泄漏或进入，直到我们想使用该设备。

引发MXene屏蔽性能双向可调性的关键是利用离子的流动和排出来交替膨胀和压缩材料层之间的空间，就像手风琴一样，以及改变MXenes的表面化学性质。

当对薄膜施加小电压时，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，从而改变材料的层间距，导电性和屏蔽效率。当离子脱嵌时，当电流关闭时，MXene层恢复到其原始状态。

该团队测试了10种不同的MXene电解质组合，通过喷涂机将每种组合涂在比人类头发细约30至100倍的层中。这些材料一致地证明了屏蔽效率在阻挡微波辐射方面的动态可调性，这对于铜和钢等传统金属来说是不可能的。该器件通过 500 多次充放电循环保持了性能。

“这些结果表明，MXene薄膜可以通过MXenes的电化学氧化从电磁干扰屏蔽转换为准电磁波传输，”Gogotsi和他的合著者写道。“MXene薄膜有可能用作动态EMI屏蔽开关。

为 安全应用Gogotsi认为MXene屏蔽可以隐藏设备，使其不被雷达或其他跟踪系统检测到。该团队还测试了单向屏蔽开关的潜力。这将允许设备保持不可检测状态，并防止未经授权的访问，直到部署使用为止。

“单向开关可以打开保护，并允许在紧急情况下或所需时刻发送信号或打开通信，”Gogotsi说。“这意味着它可以保护通信设备在使用之前不受影响或篡改。例如，它可以在运输或储存期间包裹设备，然后仅在准备使用时才激活。

Gogotsi团队的下一步是探索额外的MXene电解质组合和机制，以微调屏蔽，以实现更强的电磁波传输调制和动态调整，以阻止各种带宽的辐射。

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