炭化チタンマクセンは生地をファラデーケージに変えました

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炭化チタンマクセンは生地をファラデーケージに変えました
炭化チタンマクセンは生地をファラデーケージに変えました
Anonim
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makenovのコロイド溶液による治療前(左)と治療後(右)の組織の外観

アメリカの材料科学者は、ギガヘルツ範囲の電磁放射から保護された布地を製造するための簡単な方法を開発しました。これを行うために、彼らは綿と麻の布を二次元炭化チタンのコロイド水溶液に数回浸しました。この組織はファラデーケージと同じように機能します。放射線を1億倍減らすことができました。これは、金属化された封入体を持つ組織の既存の類似体よりも3桁高い値です。記事はジャーナルCarbonに掲載されました。

世界保健機関によると、電磁放射は人間に発がん性の影響を与える可能性があります。これについては、記事「電話によるがん」で詳しく説明しました。さらに、電磁放射は電気機器の破壊につながる可能性があり、これは無人航空機と敵の機器を打ち負かすためにアメリカ軍とロシア軍の両方によって研究され、使用されています。電磁放射の影響に対する保護の原則はファラデーによって発明されました。導電性のケージを使用して、電磁場の影響から身を守ることができます。

電磁界のシールドは、導電性シェルの表面に誘導電荷が出現するために発生します。これにより、電場(したがって磁気)が補償されます。その結果、空洞内の電界の強さはゼロになり、機器と内部の人を保護します。ファラデーケージの原理は、たとえば、戦略的に重要なコンピューティングシステムを備えた建物の建築材料に適用されます。4年前、アメリカのエンジニアは導電性コンクリートを開発しました。そして、テクノロジーへの影響に対処する方法が明確である場合、これは完全に適用できるわけではありません。金属製のネットは衣服との組み合わせが不十分です。

2つのアプローチがあります:導電性繊維を作成し、それらから生地を織る、または導電性材料で従来の生地を変更する。最初のアプローチは、導電性材料の機械的特性にはまだ適していません。 2番目のアプローチはより現実的ですが、既存の導電性添加剤(炭素材料、導電性ポリマー、または金属粒子)には、安定性と布地への適用に問題があります。遷移金属の二次元炭化物または窒化物(マキセン)が助けになります。炭化チタンTi3C2TxをベースにしたMaxeneの表面には、さまざまな官能基(酸素、ヒドロキシル、フッ化物、または塩化物)があり、親水性になるため、布地への適用が大幅に簡素化されます。

ドレクセル大学のYuryGogotsiが率いる材料科学者のグループは、Maxene Ti3C2Txのコロイド溶液に布を浸すことにより、電磁放射から遮蔽された布を得る方法を提案しました。マキセナのコロイド溶液を得るために、研究者らは、Ti3AlC2粉末を塩酸とフッ化水素酸の混合物で処理し、次に塩化リチウムを使用して炭化チタンを剥離しました。次に、溶液をデカントし、数回遠心分離し、超音波処理して均一な溶液を得た。科学者たちは、動的光散乱法を使用して、超音波処理後の粒子のサイズが320ナノメートルであることを発見しました。そして、乾燥溶液からのフィルムのX線回折を分析したところ、すべての粒子が結晶学的方向cに沿って層状になり、充填されていることが確認された。

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プロセス図

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マキセナのコロイド溶液の外観

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超音波なしのMaxen粒子(上)、超音波後の(下)のビュー

科学者たちは、加工する生地として綿とリネンを選びました。コロイド溶液への組織の浸漬中に、負に帯電したマクセン粒子が組織の親水性繊維に付着し、攪拌することによって組織に浸透した。コロイド溶液への1回の浸漬が1分間行われた。ダイビングの回数に応じて、マキセン粒子の負荷は、綿の場合は1平方センチメートルあたり2.5から18.6ミリグラム、亜麻の場合は2.2から18.3まで変化しました。 4回の潜水と乾燥後、生地の抵抗は1センチメートルあたり6オームでしたが、24回の潜水後は、綿とリネンでそれぞれ0.6オームと0.8オーム/センチメートルでした。

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コロイド溶液中の浸漬サイクル数に対する粒子および抵抗による組織負荷の程度の依存性

電磁放射の遮蔽効率も負荷によって変化しました。未処理の組織は、8、2〜12、4ギガヘルツの範囲の電磁放射をスクリーニングしませんが、4回の浸漬サイクル後、シールド効率(デシベルで測定され、エネルギーの比率の対数の10倍に等しい)透過放射線のエネルギーへの入射放射線)はすでに40デシベルに達しています(つまり、ファブリックは放射線の99、99パーセントを保持していることを意味します)。負荷が増大するにつれて、効率も増大しました-24回の浸漬サイクルでは80デシベルでした(つまり、放射線の1億分の1だけが組織を通過します)。

マクセン生地を既存の類似物(ステンレス鋼、銅、銀、または白銅)と比較すると、マクセンは他の生地よりも約2倍以上電磁放射から保護することがわかりました(生地への粒子の負荷の程度によって異なります) 。視覚的なデモンストレーションのために、科学者は電話をmaxenaファブリックで包み、それを通り抜けることができませんでした。これは、日常の使用でそのようなファブリックに必要な波長範囲が著しく弱くなることを意味します。

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マケンを使用した綿生地のシールド効率(左)、マケンを使用したリネン生地の(中央)、生地の金属化類似体の(右)

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科学者たちは、処理された組織が放射線から2年間保護する能力を調査しました。効率は、10デシベル低下して約70デシベルになりました。これは、市販の組織よりもまだ高い値です。効率の低下は、材料科学者がマケンの薄層の酸化に起因し、組織の抵抗を増加させました。摂氏80度で45回洗浄した後、効率はわずか3パーセント低下しました。ラマン分光法を使用して分析を行った後、科学者たちは、化合物の化学組成は同じままであり、したがって、マキセナ組織は安定していると見なすことができるという結論に達しました。

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新鮮な生地と2年間の使用後のシールド効率

そのような発明は、高出力放射線の条件下での作業用の防護服の入手を容易にするであろう。これは、デバイスのユビキタスワイヤレス充電への人類の移行の制限の1つです。これについて詳しくは、資料「はじめに」をご覧ください。

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