Il nanomateriale elettrofilato offre un'ottima protezione

L’elettrofilatura, un metodo all’avanguardia per la produzione di nanomateriali che sfrutta l’intrigante comportamento della tensione superficiale del liquido quando confrontato con un accumulo di carica elettrica, è stato utilizzato per produrre un tessuto in grado di proteggere dalle intemperie.

Stampa dell'Università di Tsinghua

immagine: un cartone animato che mostra MXene e nanoparticelle magnetiche incorporate in nanofogli e formate in fili di tessuto dalla siringa per elettrofilatura.vedere di più

Credito: Nano Research, Tsinghua University Press

Gli ingegneri hanno utilizzato l'elettrofilatura, una nuova tecnica di produzione di nanomateriali, per produrre un nuovo tessuto che offre protezione ad alte prestazioni contro le interferenze elettromagnetiche, un fenomeno che può provocare il malfunzionamento dei dispositivi elettronici e che ad alti livelli di esposizione può danneggiare la salute umana.

La tecnica è descritta in un articolo pubblicato su Nano Research il 31 dicembre 2022.

I campi elettrici e magnetici generati dalle apparecchiature elettriche possono interferire negativamente con i sistemi digitali sia internamente che esternamente. Tali interruzioni possono provocare malfunzionamenti pericolosi se tali dispositivi funzionano l'uno vicino all'altro, in particolare nel caso di mezzi di trasporto o di apparecchiature mediche come pacemaker e pompe per insulina. E queste interferenze non possono colpire solo i dispositivi elettronici, ma a livelli molto elevati in brevi periodi, anche la biologia umana, che in parte utilizza processi bioelettromagnetici, può essere a rischio.

Per tutti questi motivi è necessario un grande impegno per proteggere le persone, gli apparecchi e le parti di essi dalle interferenze elettromagnetiche. Per evitare di rendere i dispositivi, soprattutto quelli indossabili, eccessivamente ingombranti e pesanti, anche tali schermature devono essere leggere e flessibili.

Dagli anni '60, tale schermatura si è concentrata sull'uso di tessuti di filo metallico, filo metallico miscelato con fibre chimiche e placcatura in scheggia. Il costo elevato e la scarsa flessibilità rappresentavano tuttavia un ostacolo importante alla diffusa accettazione di tali tessuti protettivi elettromagnetici.

Più recentemente, e in gran parte grazie alle esigenze di schermatura elettromagnetica delle tecnologie militari invisibili, nuovi materiali a base di carbonio, dal grafene agli aerogel di carbonio e ai nanotubi di carbonio, sono stati applicati con grande successo in varie applicazioni di assorbimento e schermatura elettromagnetica grazie alle speciali strutture di questi materiali. su scala microscopica e nanometrica che si basano principalmente sulla diffusione e sulla riflessione della radiazione tra strati, nonché sul trasferimento di elettroni, per ottenere un'elevata attenuazione delle onde elettromagnetiche. Inoltre beneficiano della loro elevata conduttività elettrica e area superficiale, leggerezza, flessibilità e sostenibilità ambientale.

Speciali compositi con struttura a rete costruiti combinando i cosiddetti materiali unidimensionali (nastri o fili eccezionalmente sottili tra 1 e 100 nanometri di lunghezza e praticamente nessuna larghezza) e con materiali bidimensionali (materiali simili sottili ma che escono in forma planare, come un pezzo di carta estremamente sottile) hanno proprietà di assorbimento e schermatura delle onde elettromagnetiche particolarmente eccellenti.

"Ma anche in questo caso, l'integrazione di molteplici funzioni come la protezione dalle onde elettromagnetiche, la durata e il comfort, pur mantenendo la flessibilità intrinseca dei tessuti, è rimasta una sfida formidabile", ha affermato Shuo Zhang, autore principale dell'articolo e ricercatore presso lo State Key Laboratory of Biofibers. ed ecotessili, Facoltà di scienza e ingegneria dei materiali dell'Università di Qingdao.

Tuttavia, negli ultimi anni una serie di strutture stratificate bidimensionali costituite da carburi (qualsiasi composto di carbonio e un metallo) e nitruri (qualsiasi composto inorganico di azoto) hanno iniziato ad attirare l'attenzione tra i ricercatori sulla schermatura elettromagnetica. Questi materiali 2D sono chiamati "MXeni" poiché sono prodotti da sostanze "MAX", dove la M sta per un metallo di transizione iniziale come titanio, vanadio e cromo; la A sta per uno qualsiasi degli elementi del Gruppo A nella tavola periodica come alluminio, silicio e stagno; e la X sta per carbonio o azoto. Il suffisso "ene" è lì per suggerire una somiglianza nanostrutturale con il grafene.