Rencontrez le MXene

On ne peut nier le rôle vital que jouent les ondes électromagnétiques dans notre monde numérique moderne. Mais à mesure que de plus en plus d’appareils sont utilisés, les interférences deviennent problématiques pour certaines applications comme les appareils portables.

Une recherche récemment publiée dans la revue CARBON a démontré l'utilité d'un matériau conducteur bidimensionnel appelé MXene pour fournir des interférences électromagnétiques (EMI) aux appareils portables et mobiles.

Yury Gogotsi, Ph.D., responsable de l'équipe de recherche basée à l'Université Drexel, a expliqué dans un communiqué de presse à quel point il devient nécessaire d'intégrer une protection EMI dans les vêtements pour protéger les appareils portables. Ce besoin devient plus pressant à mesure que les appareils portables deviennent plus courants et nécessaires dans la vie quotidienne.

Les EMI peuvent déstabiliser des connexions importantes, entraînant un ralentissement et une perte du fonctionnement des appareils électroniques. Dans les appareils grand public, cela peut être irritant. Dans les appareils de qualité médicale, cela pourrait être dangereux.

Étant donné que le MXene peut être appliqué sur les tissus, il s'agit d'un développement clé dans l'intégration potentiellement sûre de capacités technologiques telles que des capteurs et des circuits RF dans les vêtements.

Le service d'information de Drexel a qualifié ce tissu enduit de MXene de « tissu de Faraday » en référence à la célèbre cage de Faraday, démontrée pour la première fois par Michael Faraday, qui bloque les champs électromagnétiques dans une enceinte en l'enveloppant dans des matériaux conducteurs.

Pour protéger les appareils électroniques contre les interférences électromagnétiques, les composants importants sont généralement enveloppés dans un matériau de blindage tel que du cuivre ou une feuille. Cependant, ces matériaux de blindage peuvent ajouter du poids et de l'encombrement aux dispositifs, ce qui est difficile pour les applications où la taille et l'espace sont essentiels, comme les appareils électroniques implantables et portables. Ces matériaux de blindage ne contribuent en rien à réduire le bruit ambiant car ils ne font que refléter les ondes entrantes.

Les MXènes sont un type de composés de carbure et de nitrure bidimensionnels hautement conducteurs et présentant un potentiel élevé pour des applications telles que les électrodes de charge plus rapides des batteries. Bien que les capacités de blocage des interférences électromagnétiques du MXene étaient connues avant les recherches de l'équipe Drexel, l'étude démontre l'idée selon laquelle il peut adhérer efficacement aux tissus et conserver ses attributs de blindage.

Gogotsi et ses collègues ont travaillé avec du carbonitrure de titane, un type de MXène, pour créer un matériau capable de protéger contre les rayonnements électromagnétiques. Dans des résultats récemment publiés, les chercheurs décrivent un matériau mince, de quelques atomes d’épaisseur, qui absorbe les ondes plutôt que de les réfléchir.

Gogotsi, qui travaille avec les MXenes depuis près d'une décennie, estime que les MXenes peuvent être utilisés comme blindage EMI. En effet, les MXènes peuvent être développés de manière stable sous forme de revêtement par pulvérisation, ce qui leur permet d'être appliqués sur des textiles sans ajouter de poids ni prendre de place.

Dans la vidéo ci-dessous, un chercheur montre deux téléphones se connectant lors d'un appel, puis un enveloppé dans un tissu enduit de MXene. Le signal de l'appel suivant est bloqué par le MXene et se révèle incapable de se connecter.

Dans cette étude, les chercheurs ont enduit des tissus ordinaires en coton et en lin dans une solution MXene. Ils ont découvert que cela transforme le tissu en un matériau de blindage, bloquant les interférences électromagnétiques avec une efficacité de 99,9 %. Les flocons de MXène en solution adhèrent aux fibres de coton et de lin en raison de leur charge électrique. Cela produit un revêtement durable et complet sans avoir besoin d'autres processus de pré/post-traitement.

Les tissus enduits de MXene ont été testés après avoir été stockés dans des conditions normales pendant deux ans et ont néanmoins démontré une efficacité de blindage élevée qui n'a que légèrement diminué de 8 % à 13 %.

En plus de protéger contre les EMI, les nouveaux tissus bloquant les ondes peuvent également aider à fabriquer des combinaisons de protection pour les personnes qui doivent pénétrer dans des environnements présentant des niveaux dangereusement élevés de champs électromagnétiques. Avec cette innovation de tissu bloquant EMI, les adaptations peuvent être nombreuses.

Capture d'écran en vedette utilisée avec l'aimable autorisation de l'Université Drexel.