แรงขับแม่เหล็กไฟฟ้าทำงาน

ทีมงานที่นำโดย Yury Gogotsi, PhD, Distinguished University และศาสตราจารย์ Bach จาก Drexel's College of Engineering ก่อนหน้านี้ได้แสดงให้เห็นว่าวัสดุ MXene ที่มีเลเยอร์สองมิติซึ่งค้นพบเมื่อกว่าทศวรรษที่แล้วเมื่อรวมกับสารละลายอิเล็กโทรไลต์สามารถเปลี่ยนเป็น เกราะป้องกันที่มีประสิทธิภาพจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า การค้นพบ MXene ล่าสุดนี้ซึ่งรายงานในNature Nanotechnologyแสดงให้เห็นว่าสามารถปรับแต่งการป้องกันนี้ได้อย่างไรเมื่อใช้แรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กซึ่งน้อยกว่าที่ผลิตโดยแบตเตอรี่อัลคาไลน์ Gogotsi กล่าวว่า "การควบคุมแบบไดนามิกของการรบกวนของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นความท้าทายทางเทคโนโลยีที่สำคัญสำหรับการปกป้องอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทำงานที่ความถี่กิกะเฮิรตซ์และเทคโนโลยีการสื่อสารอื่นๆ ที่หลากหลาย" "ในขณะที่จำนวนอุปกรณ์ไร้สายที่ใช้ในภาคอุตสาหกรรมและภาคเอกชนเพิ่มขึ้นตามลำดับความสำคัญในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา ความเร่งด่วนของความท้าทายนี้ก็เพิ่มขึ้นตามไปด้วย นี่คือเหตุผลที่การค้นพบของเรา ซึ่งจะช่วยลดผลกระทบของการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าแบบไดนามิก บนอุปกรณ์เหล่านี้ -- อาจมีผลกระทบในวงกว้าง" MXene เป็นวัสดุที่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัวเนื่องจากเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าสูง จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการสะท้อนรังสีไมโครเวฟที่อาจทำให้เกิดไฟฟ้าสถิต การป้อนกลับ หรือลดประสิทธิภาพของอุปกรณ์สื่อสาร แต่โครงสร้างทางเคมีภายในยังสามารถเปลี่ยนแปลงได้ชั่วคราวเพื่อให้แม่เหล็กไฟฟ้าเหล่านี้ คลื่นที่จะผ่านไป ซึ่งหมายความว่าการเคลือบบางๆ บนอุปกรณ์หรือส่วนประกอบทางไฟฟ้าจะป้องกันไม่ให้ทั้งปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา รวมทั้งถูกคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอื่นๆ แทรกซึมเข้าไปด้วย การกำจัดความเป็นไปได้ของการรบกวนจากแหล่งทั้งภายในและภายนอกสามารถรับประกันประสิทธิภาพของอุปกรณ์ได้ แต่บางคลื่นต้องได้รับอนุญาตให้ออกและเข้ามาเมื่อใช้งานเพื่อการสื่อสาร Gogotsi กล่าวว่า "หากไม่สามารถควบคุมการขึ้นลงและการไหลของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าภายในและรอบๆ อุปกรณ์ได้ ก็เหมือนกับก๊อกน้ำรั่ว คุณไม่ได้ปิดน้ำจริงๆ และน้ำหยดอย่างต่อเนื่องนั้นไม่ดี" Gogotsi กล่าว "ระบบป้องกันของเราช่วยให้แน่ใจว่าท่อประปาแน่นหนา - พูดได้เต็มปาก - ไม่มีรังสี แม่เหล็กไฟฟ้า รั่วไหลออกมาหรือเข้ามาจนกว่าเราจะต้องการใช้อุปกรณ์" กุญแจสำคัญในการกระตุ้นความสามารถในการปรับค่าได้สองทิศทางของคุณสมบัติการป้องกันของ MXene คือการใช้การไหลและการขับออกของไอออนเพื่อขยายและบีบอัดช่องว่างระหว่างชั้นของวัสดุสลับกัน เช่น หีบเพลง ตลอดจนเปลี่ยนคุณสมบัติทางเคมีของพื้นผิวของ MXenes ด้วยแรงดันไฟฟ้าเพียงเล็กน้อยที่ใช้กับฟิล์ม ไอออนจะเข้าสู่ -- หรืออินเทอร์คาเลต -- ระหว่างชั้น MXene ซึ่งจะเปลี่ยนประจุของพื้นผิวและเหนี่ยวนำให้เกิดแรงดึงดูดไฟฟ้าสถิต ซึ่งทำหน้าที่เปลี่ยนระยะห่างของชั้น การนำไฟฟ้า และประสิทธิภาพการป้องกันของวัสดุ เมื่อไอออนถูกแยกอินเทอร์คาเลต ขณะที่กระแสไฟดับ เลเยอร์ MXene จะกลับสู่สถานะเดิม ทีมทดสอบชุดค่าผสม MXene-อิเล็กโทรไลต์ที่แตกต่างกัน 10 ชุด โดยใช้เครื่องพ่นสีในชั้นที่บางกว่าเส้นผมประมาณ 30 ถึง 100 เท่า วัสดุดังกล่าวแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการปรับแต่งไดนามิกอย่างต่อเนื่องของประสิทธิภาพการป้องกันในการปิดกั้นรังสีไมโครเวฟ ซึ่งเป็นไปไม่ได้สำหรับโลหะแบบดั้งเดิม เช่น ทองแดงและเหล็กกล้า และอุปกรณ์ยังคงประสิทธิภาพผ่านรอบการชาร์จมากกว่า 500 รอบ "ผลลัพธ์เหล่านี้บ่งชี้ว่าฟิล์ม MXene สามารถแปลงจากการป้องกันการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นการส่งผ่านคลื่นกึ่งแม่เหล็กไฟฟ้าโดยการเกิดออกซิเดชันทางเคมีไฟฟ้าของ MXenes" Gogotsi และผู้เขียนร่วมของเขาเขียน "ฟิล์ม MXene สามารถทำหน้าที่เป็นสวิตช์ป้องกัน EMI แบบไดนามิกได้" สำหรับการใช้งานด้านความปลอดภัย Gogotsi แนะนำว่าระบบป้องกัน MXene สามารถซ่อนอุปกรณ์จากการตรวจจับโดยเรดาร์หรือระบบติดตามอื่นๆ ทีมงานยังได้ทดสอบศักยภาพของสวิตช์ป้องกันทางเดียว ซึ่งจะทำให้อุปกรณ์ไม่สามารถตรวจจับได้และได้รับการปกป้องจากการเข้าถึงโดยไม่ได้รับอนุญาตจนกว่าจะมีการปรับใช้เพื่อใช้งาน "สวิตช์ทางเดียวสามารถเปิดการป้องกันและอนุญาตให้ส่งสัญญาณหรือเปิดการสื่อสารได้ในกรณีฉุกเฉินหรือในช่วงเวลาที่จำเป็น" Gogotsi กล่าว "นั่นหมายความว่ามันสามารถปกป้องอุปกรณ์สื่อสารจากการได้รับอิทธิพลหรือถูกดัดแปลงจนกว่าจะมีการใช้งาน ตัวอย่างเช่น มันสามารถห่อหุ้มอุปกรณ์ระหว่างการขนส่งหรือการจัดเก็บ จากนั้นจึงเปิดใช้งานเมื่อพร้อมใช้งานเท่านั้น" ขั้นตอนต่อไปสำหรับทีมของ Gogotsi คือการสำรวจชุดค่าผสมและกลไก MXene-อิเล็กโทรไลต์เพิ่มเติมเพื่อปรับแต่งการป้องกันอย่างละเอียดเพื่อให้ได้การส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่แข็งแกร่งขึ้นและการปรับแบบไดนามิกเพื่อบล็อกรังสีที่แบนด์วิธต่างๆ