Le film polymère protège contre le rayonnement électromagnétique, les interférences de signal


Le film polymère protège contre le rayonnement électromagnétique, les interférences de signal

Un film rempli de TaSe quasi-1D3 Nanofils. Crédit photo: Zahra Barani / UC Riverside

Alors que les appareils électroniques inondent tous les domaines de la vie publique et personnelle, les ingénieurs recherchent des matériaux légers, mécaniquement stables, flexibles et faciles à fabriquer qui peuvent protéger les personnes contre les rayonnements électromagnétiques excessifs et empêcher les appareils électroniques d’interférer les uns avec les autres.

Dans un rapport révolutionnaire publié dans Matériaux avancésLes ingénieurs de l’Université de Californie à Riverside décrivent un film flexible avec une charge de nanomatériau quasi-unidimensionnelle qui combine un excellent blindage avec une facilité de fabrication.

«Ces nouveaux films sont prometteurs pour les technologies de communication par radiofréquence qui nécessitent des films de protection contre les électromagnétiques flexibles, légers, résistants à la corrosion, peu coûteux et isolants électriquement», a déclaré l’auteur principal Alexander A. Balandin, professeur distingué en génie électrique et informatique. au Collège d’ingénierie Marlan et Rosemary Bourns de l’UC Riverside. « Ils se couplent fortement au haute fréquence haute fréquence et restent électriquement isolants pendant les mesures de courant continu. »

Les interférences électromagnétiques, ou EMI, se produisent lorsque les signaux de divers appareils électroniques se croisent et affectent les performances. Par exemple, le d’un téléphone portable ou d’un ordinateur portable WiFi ou même d’un mixeur de cuisine peut provoquer une accumulation d’électricité statique sur un écran de télévision. Les compagnies aériennes demandent également aux passagers d’éteindre les téléphones portables pendant l’atterrissage et le décollage, car leurs signaux peuvent interférer avec les signaux de navigation.

Les ingénieurs ont appris il y a longtemps que tout appareil électrique pouvait potentiellement affecter le fonctionnement d’un appareil à proximité et ont développé des matériaux pour protéger l’électronique des signaux parasites. Mais maintenant que les appareils électroniques sont omniprésents, petits, connectés sans fil et vitaux pour une myriade de services vitaux, les opportunités et les risques de dysfonctionnement EMI ont augmenté et les matériaux de blindage EMI traditionnels sont souvent inadéquats. Plus d’appareils électroniques signifient que les gens sont également exposés à plus de rayonnement électromagnétique que par le passé. De nouveaux matériaux de blindage sont nécessaires pour la prochaine génération d’électronique.

Balandin a dirigé une équipe qui a développé la synthèse évolutive de composites avec des charges inhabituelles – des faisceaux exfoliés chimiquement de matériaux Van der Waals quasi-unidimensionnels. Les matériaux composites ont montré des matériaux de blindage EMI extraordinaires dans la gamme de fréquences gigahertz et sub-térahertz, qui sont importants pour les technologies de communication actuelles et futures et en même temps restent électriquement isolants.

Le graphène est le matériau le plus connu de van der Waals. C’est bidimensionnel parce que c’est un plan d’atomes fortement liés. De nombreux plans de graphène faiblement couplés par les forces de van der Waals forment un cristal de graphite. Pendant de nombreuses années, la recherche s’est concentrée spécifiquement sur les matériaux stratifiés bidimensionnels de van der Waals qui se décollent au niveau atomique.

Polymerfolie schützt vor elektromagnetischer Strahlung, Signalstörungen

TaSe quasi-1D3 Nanofils. Crédit photo: Zahra Barani / UC Riverside

Les matériaux de van der Waals unidimensionnels sont constitués de chaînes atomiques fortement liées plutôt que de plans faiblement liés par les forces de van der Waals. De tels matériaux défilent dans des structures « unidimensionnelles » en forme d’aiguilles plutôt que dans des plans bidimensionnels. Le groupe Balandin a mené des études pionnières sur les métaux unidimensionnels pour démontrer leurs propriétés inhabituelles. Dans la nouvelle publication, le groupe Balandin rapporte un processus chimique qui pourrait être mis à l’échelle pour la production de masse de ces matériaux unidimensionnels.

Les doctorants Zahra Barani et Fariboz Kargar, professeur de recherche et chercheur au Phonon Optimized Engineered Materials (POEM Center) à Balandin, ont synthétisé les composites uniques en traitant les trichalcogénures de métaux de transition (TaSe)3, un matériau de van der Waals en couches avec une structure cristalline quasi-unidimensionnelle avec des produits chimiques qui ont entraîné la perte de nanofils de van der Waals quasi-1D en forme d’aiguille avec des rapports d’aspect extrêmement grands allant jusqu’à ~ 106 – massivement plus longs que épais. Dans une recherche précédente, le groupe a découvert que des faisceaux de TaSe quasi-1D3 Les threads atomiques peuvent prendre en charge des densités de courant élevées.

« Il n’y avait pas de recette standard pour exfolier ces matériaux. J’ai fait beaucoup d’essais et d’erreurs tout en examinant l’énergie de fission et d’autres paramètres clés afin de les exfolier avec un rendement élevé. Je savais que la clé était d’avoir des paquets avec un seul. un rapport hauteur / largeur que je peux parce que les ondes EM se couplent mieux avec des brins plus longs et plus minces. Cela nécessitait une microscopie optique et une caractérisation au microscope électronique à balayage après chaque étape de pelage », a déclaré le premier auteur Barani.

Les chercheurs ont rempli une matrice faite d’un polymère spécial avec des faisceaux de TaSe exfolié3 pour créer une fine pellicule noire. Les films composites synthétisés, tout en restant électriquement isolants, ont présenté des performances exceptionnelles de blocage des ondes électromagnétiques. Les composites polymères à faibles charges de remplissage étaient particulièrement efficaces.

«L’efficacité du blindage électromagnétique des composites est liée au rapport d’aspect des charges. Plus le rapport d’aspect est élevé, plus la concentration de charge requise pour un blindage électromagnétique significatif est faible», a déclaré Kargar. «Ceci est bénéfique car la réduction de la teneur en charge tirerait parti des propriétés inhérentes des polymères telles que la légèreté et la flexibilité. À cet égard, je peux dire que cette classe de matériaux est exceptionnelle lorsqu’elle est correctement pelée, avec une épaisseur et un contrôle contrôlés. longueur. « 

« En fin de compte, j’ai fait les choses correctement, j’ai fabriqué un composite et mesuré les propriétés EMI. Les résultats ont été étonnants: pas de conductivité électrique, mais plus de 99,99% de blindage EMI pour des films micromètres d’épaisseur », a ajouté Barani.

Les charges métalliques Quasi-1D van der Waals peuvent être produites à peu de frais et en grandes quantités. Balandin a déclaré que la recherche sur les faisceaux atomiques de matériaux de van der Waals quasi-1D en tant que conducteurs simples et composites avec de tels matériaux ne faisait que commencer.

« Je suis sûr que nous verrons bientôt de grands progrès dans les matériaux de van der Waals quasi-1D, comme nous l’avons fait avec les matériaux quasi-2D », a-t-il déclaré.


Avec MXene, les chercheurs développent un film de blindage électromagnétique d’une épaisseur de nanomètre


Plus d’information:
Zahra Barani et al., Films flexibles électriquement isolants avec des charges de van der Waals quasi-1D comme boucliers électromagnétiques efficaces dans les bandes de fréquences GHz et sub-THz, Matériaux avancés (2021). DOI: 10.1002 / adma.202007286

Fourni par l’Université de Californie – Riverside

Citation: Le film polymère protège contre les rayonnements électromagnétiques, les interférences du signal (2021, 22 février), consulté le 22 février 2021 sur https://phys.org/news/2021-02-polymer-electromagnetic.html

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