Interférences électromagnétiques (EMI), qui peuvent endommager les smartphones, comprimés, frites, drones, portables, et même les avions et la santé humaine, augmente avec la prolifération explosive des dispositifs qui la génèrent. Le marché des solutions de blocage EM, qui emploient des matériaux conducteurs ou magnétiques, devrait dépasser les 7 milliards de dollars d'ici 2022.

André Taylor, professeur agrégé de génie chimique et biomoléculaire à la NYU Tandon School of Engineering, avec une équipe qui comprenait Yury Gogotsi, Distinguished University et professeur Charles T. et Ruth M. Bach en science et ingénierie des matériaux à l'Université Drexel, et Menachem Élimélec, Roberto C. Goizueta, professeur de génie chimique et environnemental à l'Université de Yale, a utilisé une technique innovante pour produire des films composites bloquant les interférences électromagnétiques relativement peu coûteux.

L'étude, "Assemblage couche par couche de films composites semi-transparents fonctionnels MXene-Carbon Nanotubes pour le blindage contre les interférences électromagnétiques de nouvelle génération, " apparaît dans le 31 octobre, numéro 2018 de Matériaux fonctionnels avancés . Les auteurs principaux incluent Guo-Ming Weng, un post-doctorant à NYU Tandon, et Jinyang Li, professeur agrégé de science et d'ingénierie des matériaux à la Southwest Jiaotong University, Chengdu, Chine.

Pour façonner les films, l'équipe a utilisé le traitement couche par couche par pulvérisation par rotation (SSLbL), une méthode que Taylor a mise au point en 2012. Le système utilise des têtes de pulvérisation montées au-dessus d'une tournette qui dépose des monocouches séquentielles nanométriques d'épaisseur de composés de charges opposées sur un composant, produire des films de haute qualité en beaucoup moins de temps que par les méthodes traditionnelles, comme le revêtement par immersion.

Le processus leur a permis de façonner des modèles flexibles, film de blindage EMI semi-transparent comprenant des centaines de couches alternées de nanotubes de carbone (CNT), un carbure de titane de charge opposée appelé MXene - une famille de flocons de carbure conçus pour la première fois par Gogotsi - et des polyélectrolytes. Taylor a expliqué que ces caractéristiques de charge confèrent des avantages au-delà du blindage EMI.

« Alors que nous travaillions à discerner les rôles joués par les différents composants, " il a dit, "Nous avons constaté que la forte liaison électrostatique et hydrogène entre les couches de CNT et de MXene chargées de manière opposée conférait une résistance et une flexibilité élevées." Il a ajouté que MXene a le double avantage d'être à la fois adsorbant (il adhère facilement à une surface) et conducteur, ce qui est important pour bloquer les EMI. "Et puisque le film lui-même est semi-transparent, il a l'avantage d'être applicable comme blindage EMI pour les appareils avec écrans d'affichage, comme les smartphones. D'autres types de boucliers, en métal par exemple, sont opaques. Le blindage est bon, mais un blindage qui laisse passer la lumière visible est encore mieux."

La méthode SSLbL confère également un contrôle au niveau du nanomètre sur l'architecture du film, permettre aux fabricants de modifier des critères spécifiques tels que la conductivité ou la transparence, car il permet des changements discrets dans la composition de chaque couche. Par contre, des films comprenant un mélange monocouche de nanoparticules, les polyélectrolytes et le graphène dans une matrice ne peuvent pas être ainsi modifiés. Outre une grande stabilité, flexibilité et semi-transparence, les films composites MXene-CNT ont également démontré une conductivité élevée, une propriété essentielle au blindage électromagnétique car il dissipe les impulsions EM à travers la surface du film, l'affaiblissant et le dispersant.

Alors que les fabricants ont manifesté leur intérêt pour le blindage EMI composé de nanotubes de carbone et de graphène combinés à des composites polymères conducteurs, jusqu'à présent relativement rapide, peu coûteux, les moyens de créer un mélange optimal de ces qualités sur un film souple mince étaient insaisissables, expliqua Taylor.

"Le principal intérêt de l'ajout de matériaux de carbone au blindage était d'ajouter des voies conductrices à travers le film, " a déclaré Taylor. " Mais le système SSLbL est également beaucoup plus rapide que le revêtement par immersion traditionnel, dans lequel un composant à blinder est plongé à plusieurs reprises dans un matériau, rincé, puis plongé à nouveau dans une autre couche, et ainsi de suite. Cela prend des jours. Notre système peut créer des centaines de bi-couches de MXene et CNT en alternance en quelques minutes."

Alors que la pulvérisation centrifuge limite la taille des composants, Taylor a dit que, en théorie, le système pourrait créer un blindage EMI pour les appareils et les composants d'un diamètre équivalent aux plaquettes de 12 pouces, pour lequel le revêtement par centrifugation est fréquemment utilisé comme mécanisme de revêtement dans l'industrie des semi-conducteurs.

"Il est moins coûteux de le produire de cette façon et plus rapidement en raison de la connexion plus étroite entre les matériaux, et le processus LbL facilite l'agencement et l'assemblage contrôlés de matériaux nanostructurés disparates bien mieux que le simple dépôt de couches répétées d'un mélange sur plusieurs composants. On peut envisager de régler les propriétés souhaitées d'un film mince interfonctionnel en utilisant une large gamme de paramètres, matériaux nanostructurés et polyélectrolytes utilisant ce système."