MXene을 만나보세요

현대 디지털 세계에서 전자기파가 수행하는 중요한 역할을 부인할 수 없습니다. 그러나 더 많은 장치가 사용됨에 따라 웨어러블 장치와 같은 일부 응용 분야에서는 간섭이 문제가 되고 있습니다.

최근 CARBON 저널에 발표된 연구에서는 웨어러블 및 모바일 장치에 전자기 간섭(EMI)을 제공하는 MXene이라는 전도성 2차원 소재의 유용성을 입증했습니다.

Drexel University 기반 연구팀의 책임자인 Yury Gogotsi 박사는 보도 자료에서 웨어러블 장치를 보호하기 위해 의류에 EMI 보호 기능을 통합하는 것이 얼마나 필요한지 논의했습니다. 웨어러블 장치가 일상 생활에서 더욱 보편화되고 필요해짐에 따라 이러한 필요성은 더욱 시급해지고 있습니다.

EMI는 중요한 연결을 불안정하게 만들어 전자 장치 기능의 속도 저하 및 손실을 초래할 수 있습니다. 소비자급 장치에서는 이것이 짜증스러울 수 있습니다. 의료용 장치에서는 위험할 수 있습니다.

MXene은 직물에 코팅될 수 있기 때문에 센서 및 RF 회로와 같은 기술 역량을 잠재적으로 안전하게 의류에 접목하는 데 있어 핵심적인 발전을 의미합니다.

Drexel의 뉴스 부서에서는 이 MXene 코팅 직물을 Michael Faraday가 처음 시연한 유명한 패러데이 케이지와 관련하여 "패러데이 패브릭"이라고 불렀습니다. 이 케이지는 인클로저를 전도성 재료로 감싸서 인클로저의 전자기장을 차단합니다.

EMI로부터 전자 장치를 보호하기 위해 중요한 구성 요소는 일반적으로 구리나 호일과 같은 차폐 재료로 포장됩니다. 그러나 이러한 차폐 재료는 장치에 무게와 부피를 추가할 수 있으므로 이식형 및 착용형 전자 장치와 같이 크기와 공간이 중요한 응용 분야에서는 어렵습니다. 이러한 차폐 재료는 들어오는 파동만 반사하기 때문에 주변 소음을 줄이는 데 아무런 효과가 없습니다.

MXene은 전도성이 높고 더 빠른 배터리 충전 전극과 같은 응용 분야에서 높은 잠재력을 지닌 2차원 탄화물 및 질화물 화합물의 일종입니다. MXene의 EMI 차단 기능은 Drexel 팀의 연구 이전에도 알려져 있었지만 이번 연구는 MXene이 직물에 효율적으로 접착하고 차폐 특성을 유지할 수 있다는 아이디어를 보여줍니다.

Gogotsi와 동료들은 MXene의 일종인 티타늄 탄질화물을 사용하여 전자기 방사선으로부터 보호할 수 있는 물질을 만들기 위해 노력해 왔습니다. 최근 발표된 연구 결과에서 연구진은 파동을 반사하기보다는 흡수하는 얇고 원자 두께가 작은 물질을 설명했습니다.

거의 10년 동안 MXenes와 협력해 온 Gogotsi는 MXenes가 EMI 차폐 용도로 적용 가능하다고 믿습니다. MXene은 스프레이 코팅으로 안정적으로 개발할 수 있어 무게를 늘리거나 공간을 차지하지 않고 섬유에 적용할 수 있기 때문이다.

아래 비디오에서 연구원은 두 대의 전화기가 통화에 연결되고 그 중 하나가 MXene 코팅 직물로 포장되는 모습을 보여줍니다. 다음 통화에 대한 신호는 MXene에 의해 차단되어 연결할 수 없는 것으로 표시됩니다.

본 연구에서 연구원들은 MXene 용액에 일반 면 및 리넨 직물을 침지 코팅했습니다. 그들은 이것이 직물을 차폐 재료로 바꾸어 EMI를 99.9%의 효율성으로 차단한다는 것을 발견했습니다. 용액에 현탁된 MXene 플레이크는 전하 때문에 면과 린넨 섬유에 달라붙습니다. 별도의 전/후 처리 공정 없이 철저한 내구성 코팅이 가능합니다.

MXene 코팅 직물은 2년 동안 정상적인 조건에서 보관한 후 테스트되었으며 여전히 8~13% 소폭 감소하는 높은 차폐 효율을 보여주었습니다.

EMI에 대한 차폐 외에도 새로운 파동 차단 직물은 위험할 정도로 높은 수준의 전자기장이 있는 환경에 들어가야 하는 사람들을 위한 보호복을 만드는 데 도움이 될 수 있습니다. EMI 차단 패브릭의 이러한 혁신을 통해 다양한 적용이 가능합니다.

Drexel University에서 제공한 주요 화면 캡처입니다.