Investigadores de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Drexel han desarrollado un dispositivo de película delgada, fabricado mediante recubrimiento por pulverización, que puede bloquear la radiación electromagnética con solo accionar un interruptor. El avance, posibilitado por materiales bidimensionales versátiles llamados MXenes, podría ajustar el rendimiento de los dispositivos electrónicos, fortalecer las conexiones inalámbricas y proteger las comunicaciones móviles contra intrusiones.

El equipo, dirigido por Yury Gogotsi, PhD, Universidad Distinguida y profesor de Bachillerato en la Facultad de Ingeniería de Drexel, demostró previamente que los materiales MXene en capas bidimensionales, descubiertos hace poco más de una década, cuando se combinan con una solución electrolítica, se pueden convertir en un potente escudo activo contra las ondas electromagnéticas. Este último descubrimiento de MXene, publicado en Nature Nanotechnology, muestra cómo se puede ajustar este blindaje cuando se aplica un voltaje pequeño, menor que el producido por una batería alcalina.

« El control dinámico de la interferencia de ondas electromagnéticas ha sido un desafío tecnológico importante para proteger los dispositivos electrónicos que funcionan en frecuencias de gigahercios y una variedad de otras tecnologías de comunicación », dijo Gogotsi. « A medida que la cantidad de dispositivos inalámbricos que se utilizan en los sectores industrial y privado ha aumentado en órdenes de magnitud durante la última década, la urgencia de este desafío ha crecido en consecuencia. Es por eso que nuestro descubrimiento, que mitigaría dinámicamente el efecto de la interferencia electromagnética en estos dispositivos, podría tener un amplio impacto ».

MXene es un material único en el sentido de que es altamente conductivo, lo que lo hace perfectamente adecuado para reflejar la radiación de microondas que podría causar estática, retroalimentación o disminuir el rendimiento de los dispositivos de comunicación, pero su estructura química interna también se puede alterar temporalmente para permitir que estos electromagnéticos ondas para atravesar.

Esto significa que una capa delgada en un dispositivo o componentes eléctricos evita que emitan ondas electromagnéticas y que sean penetrados por las emitidas por otros dispositivos electrónicos. La eliminación de la posibilidad de interferencia de fuentes internas y externas puede garantizar el rendimiento del dispositivo, pero se debe permitir que algunas ondas salgan y entren cuando se utiliza para la comunicación.

« Sin poder controlar el flujo y reflujo de las ondas electromagnéticas dentro y alrededor de un dispositivo, es un poco como un grifo que gotea : en realidad no estás cerrando el agua y ese goteo constante no es bueno », dijo Gogotsi. « Nuestro blindaje garantiza que las tuberías estén apretadas, por así decirlo, sin fugas ni entradas de radiación electromagnética hasta que queramos usar el dispositivo ».

La clave para obtener la capacidad de ajuste bidireccional de la propiedad de blindaje de MXene es usar el flujo y la expulsión de iones para expandir y comprimir alternativamente el espacio entre las capas del material, como un acordeón, así como para cambiar la química de la superficie de MXenes.

Con un pequeño voltaje aplicado a la película, los iones entran, o se intercalan, entre las capas de MXene, alterando la carga de su superficie e induciendo la atracción electrostática, que sirve para cambiar el espaciado de las capas, la conductividad y la eficiencia de protección del material. Cuando se desintercalan los iones, al desconectarse la corriente, las capas de MXene vuelven a su estado original.

El equipo probó 10 combinaciones diferentes de MXene y electrolitos, aplicando cada una con un rociador de pintura en una capa entre 30 y 100 veces más delgada que un cabello humano. Los materiales demostraron constantemente la capacidad de ajuste dinámico de la eficiencia del blindaje para bloquear la radiación de microondas, lo que es imposible para los metales tradicionales como el cobre y el acero. Y el dispositivo mantuvo el rendimiento durante más de 500 ciclos de carga y descarga.

« Estos resultados indican que las películas de MXene pueden pasar del blindaje de interferencia electromagnética a la transmisión de ondas cuasielectromagnéticas mediante la oxidación electroquímica de MXenes », escribieron Gogotsi y sus coautores. « La película MXene puede servir potencialmente como un interruptor de blindaje EMI dinámico ».

Para aplicaciones de seguridad, Gogotsi sugiere que el blindaje MXene podría ocultar los dispositivos para que no sean detectados por radar u otros sistemas de rastreo. El equipo también probó el potencial de un interruptor de protección unidireccional. Esto permitiría que un dispositivo permanezca indetectable y protegido contra el acceso no autorizado hasta que se implemente para su uso.

“Un interruptor unidireccional podría abrir la protección y permitir enviar una señal o abrir una comunicación en caso de emergencia o en el momento requerido”, dijo Gogotsi. « Esto significa que podría proteger el equipo de comunicaciones de ser influenciado o manipulado hasta que esté en uso. Por ejemplo, podría encerrar el dispositivo durante el transporte o almacenamiento y luego activarse solo cuando esté listo para usarse ».

El próximo paso para el equipo de Gogotsi es explorar combinaciones y mecanismos adicionales de MXene-electrolito para ajustar el blindaje para lograr una modulación más fuerte de la transmisión de ondas electromagnéticas y un ajuste dinámico para bloquear la radiación en una variedad de anchos de banda.