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新材料为移动设备提供EMI保护的效果强过铜铝

时间:2016-10-22 作者:Ann R. Thryft 阅读:
研究人员们发现,这种新型纳米材料在保护电子组件与设备免于电磁干扰(EMI)方面的效果比铜与铝更好。
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美国宾州卓克索大学(Drexel University)的研究人员曾经在2011年发现一种以MXene材料制造的纳米材料涂层,如今正于多种应用中进行测试。其结果如何呢?研究人员们发现,这种新型纳米材料在保护电子组件与设备免于电磁干扰(EMI)方面的效果比铜与铝更好。

随着电子和电路在许多不同的系统和设备中变得越来越普遍,从蜂窝手机、平板电脑,以及甚至是电视和互联网电缆而来的电磁辐射量日益增加,导致电磁污染问题越来越严重。Drexel University材料科学与工程系与韩国科学与技术研究院(KIST)的研究人员合作,发现MXene的薄涂层在EMI保护方面比铜或铝的效果更好。
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MXene是一种极其轻薄的纳米材料,在阻挡与吸收电磁辐射的效果比铜或铝更好,可望成为保护电子设备的理想涂层。

根据发表这项测试结果的《科学》(Science)期刊,MXenes是结合金属导电性和亲水性表面的2D金属碳化物和氮化物。以先前发现的MXene薄膜测试其不同的厚度,从微米到45微米不等,研究团队发现,采用这种碳化钛MXene制成的薄膜在阻挡EMI的效果比传统采用铜或铝罩或是金油墨涂层的保护方法更好。

材料的EMI屏蔽效果通常会随其厚度增加而提高,而最薄的MXene薄膜屏蔽效果大约等于铜箔和铝箔。而当使其厚度增加到8微米时,MXene薄膜则可为频谱范围从雷达到蜂巢式手机的设备阻挡掉大约99.9999%的辐射频率。而由MXene制造的45微米厚涂层,则提供了92分贝的屏蔽效率,研究人员说这在具有类似厚度的合成材料中表现最好。
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目前的电磁保护材料为移动设备增加了许多重量和体积,未来,透过使用MXene的薄涂层保护个别组件,可望突破这个限制 (来源:Drexel University)

针对涂层应用,极其需要这种超薄的材料。为了达到与45微米MXene涂层相同的性能,目前用于满足商业屏蔽要求的碳-聚合物复合材料都必须超过1mm厚,但这对于厚度仅7mm的iPhone来说可能会太重以及太厚。

此外,涂层也必须具有良好的柔韧性与高导电性,因为这样才能屏蔽任何形状的表面。由于许多EMI都是经由小型电子设备内部的组件所产生的,而这种材料也能屏蔽非常小型的组件。这种涂层还可以经由喷涂的方式施加在任何表面上。而在结合这种材料与聚合物,制造成复合涂层后,也不减其屏蔽的有效性,使其成为用于保护可穿戴式设备的理想选择。
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MXene经由吸收与撷取各分层之间的辐射波,从而阻挡了电磁干扰 (来源:Drexel University)

MXene的原理是反射和吸收电磁波。有些材料可能从涂层的表面立即反射,其他的可能在通过后从材料的原子级薄层中失去能量。低能量的电磁波继续从内层反射出来,直到在结构中完全被吸收。

研究人员表示,他们的下一步将是寻找对于更广泛研究其他MXenes的支持,并从中选择最好的屏蔽材料,并在各种不同的设备中进行测试。目前的测试结果是由美国国家科学基金会(NSF)赞助的MXene特性基础研究的一部份。

编译:Susan Hong

本文授权编译自EE Times,版权所有,谢绝转载

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Ann R. Thryft
EETimes工业控制技术编辑。Ann Thryft曾为EDN、RTC杂志、COTS Journal、NIkkei Electronics Asia、EE Times、Computer Design和 Electronic Buyers' News等媒体撰稿。 她曾向读者介绍了几种新兴趋势,包括:早期手机架构,机顶盒系统设计,开放式网络服务器和交换机/路由器架构,软件定义无线电和RFID。 在EBN,Ann获得了两项独立评选的最佳技术专题奖。 目前,她是《测试与测量世界》的特约技术编辑,并协助研究和编写In-Stat报告。 她拥有斯坦福大学文化人类学学士学位和商业营销协会(前身为B/PAA)的认证商业通讯员证书。
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