Bloqueando ondas de rádio e interferência eletromagnética com o apertar de um botão: Pesquisadores relatam controle dinâmico de blindagem de ondas eletromagnéticas usando materiais MXene

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Pesquisadores da Faculdade de Engenharia da Drexel University desenvolveram um dispositivo de filme fino, fabricado por revestimento por spray, que pode bloquear a radiação eletromagnética com o toque de um botão. A descoberta, possibilitada por materiais bidimensionais versáteis chamados MXenes, pode ajustar o desempenho de dispositivos eletrônicos, fortalecer as conexões sem fio e proteger as comunicações móveis contra invasões.

A equipe, liderada por Yury Gogotsi, PhD, Distinguished University e professor de Bach na Faculdade de Engenharia de Drexel, demonstrou anteriormente que os materiais MXene em camadas bidimensionais, descobertos há pouco mais de uma década, quando combinados com uma solução eletrolítica, podem ser transformados em um potente escudo ativo contra ondas eletromagnéticas. Esta última descoberta do MXene, relatada em Natureza Nanotecnologiamostra como essa blindagem pode ser ajustada quando uma pequena voltagem – menor que a produzida por uma bateria alcalina – é aplicada.

“O controle dinâmico do bloqueio de ondas eletromagnéticas tem sido um desafio tecnológico significativo para proteger dispositivos eletrônicos que funcionam em frequências de gigahertz e uma variedade de outras tecnologias de comunicação”, disse Gogotsi. “Como o número de dispositivos sem fio usados ​​nos setores industrial e privado aumentou em ordens de magnitude na última década, a urgência desse desafio também cresceu. É por isso que nossa descoberta – que mitigaria dinamicamente o efeito da interferência eletromagnética nesses dispositivos — pode ter um amplo impacto.”

O MXene é um material único por ser altamente condutor – tornando-o perfeitamente adequado para refletir a radiação de micro-ondas que pode causar estática, feedback ou diminuir o desempenho dos dispositivos de comunicação – mas sua estrutura química interna também pode ser temporariamente alterada para permitir que esses efeitos eletromagnéticos ondas para passar.

Isso significa que um revestimento fino em um dispositivo ou componentes elétricos impede que eles emitam ondas eletromagnéticas, bem como sejam penetrados por aquelas emitidas por outros eletrônicos. Eliminar a possibilidade de interferência de fontes internas e externas pode garantir o desempenho do dispositivo, mas algumas ondas devem ter permissão para sair e entrar quando ele estiver sendo usado para comunicação.

“Sem ser capaz de controlar o fluxo e refluxo das ondas eletromagnéticas dentro e ao redor de um dispositivo, é como uma torneira pingando – você não está realmente desligando a água e esse gotejamento constante não é bom”, disse Gogotsi. “Nossa blindagem garante que o encanamento esteja firme – por assim dizer – nenhuma radiação eletromagnética está vazando ou entrando até que queiramos usar o dispositivo.”

A chave para obter o ajuste bidirecional da propriedade de blindagem do MXene é usar o fluxo e a expulsão de íons para expandir e comprimir alternadamente o espaço entre as camadas do material, como um acordeão, bem como alterar a química da superfície dos MXenes.

Com uma pequena voltagem aplicada ao filme, os íons entram – ou se intercalam – entre as camadas de MXene alterando a carga de sua superfície e induzindo a atração eletrostática, que serve para alterar o espaçamento das camadas, a condutividade e a eficiência de blindagem do material. Quando os íons são desintercalados, com o desligamento da corrente, as camadas MXene voltam ao seu estado original.

A equipe testou 10 combinações diferentes de MXene-eletrólito, aplicando cada uma com um pulverizador de tinta em uma camada cerca de 30 a 100 vezes mais fina que um fio de cabelo humano. Os materiais demonstraram consistentemente a capacidade de ajuste dinâmico da eficiência de blindagem no bloqueio da radiação de micro-ondas, o que é impossível para metais tradicionais como cobre e aço. E o dispositivo manteve o desempenho por mais de 500 ciclos de carga e descarga.

“Esses resultados indicam que os filmes MXene podem converter de blindagem de interferência eletromagnética para transmissão de ondas quase eletromagnéticas por oxidação eletroquímica de MXenes”, escreveram Gogotsi e seus co-autores. “O filme MXene pode potencialmente servir como um interruptor dinâmico de blindagem EMI.”

Para aplicações de segurança, Gogotsi sugere que a blindagem MXene pode ocultar os dispositivos da detecção por radar ou outros sistemas de rastreamento. A equipe também testou o potencial de um interruptor de blindagem unidirecional. Isso permitiria que um dispositivo permanecesse indetectável e protegido contra acesso não autorizado até que fosse implantado para uso.

“Um interruptor unidirecional pode abrir a proteção e permitir que um sinal seja enviado ou a comunicação seja aberta em uma emergência ou no momento necessário”, disse Gogotsi. “Isso significa que ele pode proteger o equipamento de comunicação de ser influenciado ou adulterado até que esteja em uso. Por exemplo, ele pode envolver o dispositivo durante o transporte ou armazenamento e, em seguida, ativar apenas quando estiver pronto para ser usado.”

O próximo passo para a equipe de Gogotsi é explorar combinações e mecanismos adicionais de MXene-eletrólito para ajustar a blindagem para obter uma modulação mais forte da transmissão de ondas eletromagnéticas e ajuste dinâmico para bloquear a radiação em uma variedade de larguras de banda.

Com informações de Science Daily.

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