Kain Tekstil sebagai Bahan Pelindung Elektromagnetik—
Tinjauan Persiapan dan Kinerja
Kelompok 8 :
Mario Johan Siahaan 210402079
William Manggalaraja Lubis 210402042
PENDAHULUAN
•
Bahan pelindung interferensi elektromagnetik (EMI) mampu melindungi manusia , instrumen, dll. dari iradiasi elektromagnetik (EM) dengan menyerap atau memantulkan radiasi, seringkali menggabungkan kedua aspek tersebut . Pelindung EM digunakan untuk meminimalkan paparan radiasi elektromagnetik, khususnya dalam konteks keamanan siber, yaitu perlindungan peralatan elektronik terhadap pengaruh gangguan elektromagnetik eksternal.Untuk tujuan ini, kain tekstil sering diperhitungkan karena fleksibel, dapat digantungkan, ringan, dan relatif tipis.
•
Untuk mengurangi iradiasi elektromagnetik sekunder dari pantulan oleh bahan konduktif, penyerapan sering dianggap sebagai mekanisme ideal pelindung EMI. EMI semacam itu perisai menjadi semakin penting karena meningkatnya jumlah pemancar di satu sisi dan standar baru, misalnya, mengenai peralatan listrik medis, di sisi lain tangan . Rentang frekuensi yang umum digunakan untuk menguji bahan pelindung adalah 104-1012 Hz karena saluran listrik, motor, atau komputer, sementara eksperimen lain berkonsentrasi pada rendahfrekuensi atau pengukuran quasistatik, seperti yang terjadi pada tomografi resonansi magnetik, dll. Rentang frekuensi yang berbeda ini membutuhkan sifat fisik yang berbeda dari bahan pelindung, yaitu, terutama yang bersifat magnetisikatan untuk melindungi medan magnet statis, bahan konduktif yang diarde untuk melindungi medan listrik statis, dan, sekali lagi, bahan konduktif untuk medan EM frekuensi tinggi.METODOLOGI
Pelindung EMI didasarkan pada refleksi, penyerapan, dan beberapa pantulan
di dalam kain pelindung. Dengan demikian, konduktif secara listrik dan
magnetis bahan menguntungkan karena kerugian refleksi yang besar,
sementara kerugian penyerapan perlu menempatkan dipol listrik atau magnet
di dalam material dan didukung oleh listrik yang tinggi konduktivitas dan
permeabilitas magnetik. Ketebalan kain, porositas, dan jumlah bahan
konduktif, magnetik, dan dielektrik secara alami mempengaruhi pelindung
EMI sifat-sifat tekstil. Beberapa pantulan juga harus diperhitungkan untuk
tipis lapisan pelindung, dengan ketebalan yang mirip dengan kedalaman kulit
Untuk investigasi perisai EMI dari bahan yang berbeda, beberapa metode dapat digunakan.yang dapat dibagi lagi menjadi metode lapangan terbuka (ruang bebas), metode kotak berpelindung, metode ruang terlindung, dan metode saluran transmisi koaksial (misalnya, menurut ASTM D4935 standar), yang dapat diterapkan dalam rentang frekuensi yang berbeda dan memerlukan perbedaanmembutuhkan waktu dan peralatan yang berbeda.
Geetha dkk. menjelaskan metode secara singkat sebagai sebagai berikut:
•
Dengan saluran transmisi koaksial, spesimen planar diselidiki. Persiapan sampelpersiapan sampel perlu dilakukan dengan hati-hati; pengukuran memerlukan pengukuran referensi yang membuatnya memakan waktu, membutuhkan beberapa menit hingga beberapa jam untuk setiap spektrum. Teknik ini biasanya diterapkan dalam rentang frekuensi dari 10 kHz hingga 1 GHz. Dalam metode lapangan terbuka (ruang bebas), jarak yang besar (30 m) diterapkan antara perangkat dan antena penerima. Perbedaan dalam perakitan produk dapat menyebabkan perbedaan yang besar perbedaan besar dalam hasil, sehingga mengurangi kemampuan reproduksi pengukuran ini.•
Metode kotak berpelindung menggunakan kotak logam dengan port sampel di satu dinding. Antena penerimaantena penerima berada di dalam kotak, antena pemancar di luar. Kontak listrik antara spesimen uji dan kotak berpelindung sulit untuk dibuat; selain itu rentang frekuensi dibatasi hingga sekitar 500 MHz.Reproduksibilitas terbukti rendah, dengan membandingkan penyelidikan di laboratorium yang berbeda.
•
Metode ruang terlindung mirip dengan metode kotak terlindung. Ruang anechoic, biasanya dengan luas tanah 2,5 m2, digunakan untuk pengujian ini, yang mengakibatkan perlunya gunakan spesimen uji besar untuk menyelidiki perisai antara transmisi dan antena penerima, membuat metode ini tidak cocok untuk spesimen yang hanya bisa diproduksi dalam ukuran kecil.MXENE
•
Berbagai MXenes dan PersiapannyaMXenes adalah bahan berlapis dua dimensi yang mengandung logam transisi awal karbida, nitrida, dan karbonitrida . Mereka disiapkan dengan memulai dari apa yang disebut tigadimensi MAX, di mana MAX adalah singkatan dari Mn + 1AXn dengan (n = 1, 2, 3), dan M menunjukkan logam transisi blok-d awal (yaitu, Ti, Sc, V, Cr, Ta, Nb, Zr, Mo, atau Hf), A berarti unsur sp grup utama terutama dari grup 13 dan 14, dan X mewakili C dan/atau N . Dengan mengetsa lapisan elemen sp dari fase MAX, dua dimensi MXenes (tanpa "A") tetap ada.
MXenes memiliki fungsional tambahan yang diakhiri kelompok (misalnya, -OH, -O, -F) yang dinamai "T", menghasilkan rumus umum Mn + 1XnTx. Lebih dari 60 MXenes ini telah ditemukan, namun dengan logam atau keramik yang berbeda sifat yang berbeda, tergantung pada konstitusi kimianya. Salah satu masalah dari MXenes adalah kerentanan mereka terhadap oksidasi di lingkungan yang lembab atau berair, yang membutuhkan keduanya tidak termasuk uap air untuk menjangkau mereka atau meningkatkan stabilitas mereka terhadap oksidasi .
•
Pelapis MXeneDuet dengan sifat dua dimensi, MXen lebih banyak diaplikasikan dalam bentuk pelapis pada kain tekstil, baik semata-mata atau bersama- sama dengan polimer, logam, atau polimer konduktif intrinsik pengisi berbasis karbon. Li dkk. melaporkan perisai interferensi elektromagnetik yang dikombinasikan dengan aplikasi potensial konversi fototermal dan penguapan air matahari, menggunakan a metode perakitan lapis demi lapis pada kain tekstil [33]. Mereka menggabungkan nanopartikel SiO2 / poli poli (dimetilsiloksan) (PDMS) dan 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctyltriethoxysilane (PFOTES) untuk mencapai superhidrofobisitas (yaitu, sudut kontak air yang lebih besar dari 160) serta MXene untuk mencapai konduktivitas tinggi 1200 S/m, menghasilkan perisai EMI sebesar 36 dB. Zheng dkk. menyiapkan MXene / tekstil berbentuk kulit kayu yang tidak hanya menunjukkan EMI yang tinggi pelindung EMI yang tinggi, tetapi juga pemanasan Joule yang baik dan penginderaan piezoresistif yang baik. Bentuk kulit kayu disarankan untuk meningkatkan hamburan beberapa antarmuka gelombang EM untuk meningkatkan efektivitas perisai. Untuk mencapai bentuk ini, penulis menggunakan teknologi pengeringan bantalan yang biasanya digunakan dalam pewarnaan kain untuk mengaplikasikan serpihan MXene pada bukan tenunan selulosa. Di dalam mereka studi, mereka mensintesis lembaran Ti3C2Tx MXene, merendam selulosa bukan tenunan ke dalam larutan MXene berair dan menggunakan padder untuk menghilangkan kelebihan air sebelum dikeringkan, mengulangi siklus ini 1-9 kali. Proses ini digambarkan pada Gambar 2. Dengan meningkatkan jumlahnya siklus pengeringan pad dari 3-9, efektivitas perisai EMI dapat ditingkatkan dari 3,2 dB hingga 36,3 dB dalam rentang 8,2 GHz-12,4 GHz (X-band) karena peningkatan jalur konduktif tunggal jalur konduktif menuju jaringan konduktif, yang juga terlihat dalam penurunan resistansi lembaran untuk jumlah siklus pengeringan pad yang lebih banyak
•
Serat MXeneSalah satu kemungkinan untuk menyiapkan serat MXene adalah dengan menggunakan inti atau cangkang secara koaksial serat pintal, seperti yang dijelaskan oleh Liuetal. Larutan pinning selulosa dengan melarutkan serat kapas dengan larutan LiOH, urea, dan akuades, dan menerima selulosa yang dihasilkan kembali setelah memasukkan dispersi selulosa Ti3C2TxMX baru dicampur dengan grafenaoksida (GO) untuk menyiapkan solusi pin lainnya. kedua solusi tersebut diputar secara bersamaan ke dalam rotasi mandi, dengan selulosa atau MXene / GO membangun inti. Dengan cara ini, dimungkinkan untuk membuat serat berongga sepanjang satu meter dari selulosa yang diregenerasi dan GO / Mxene yang dapat mengangkat massa 100 g. serat ini ditemukan memiliki aktivitas yang baik Efektivitas perisai EMI tergantung pada jarak antar kisi struktur anyaman atau struktur yang dibuat dari serat ini, menunjukkan nilai sekitar 27-33dB untuk lapisan pelapis dengan jarak kisi terkecil dan lebih dari 100dB untuk 3 lapisan, hanya membangun film setebal 12 m dengan ketebalan MXenefilm.
METALS
•
Pelapis LogamTekstil pintar sering kali mengandung lapisan logam pada kain untuk beragam aplikasi, seperti seperti sensor regangan untuk deteksi gerakan manusia , elektroda untuk pemantauan EKG, baterai tekstil dan superkapasitor, sel surya berbasis tekstil [58], atau yang lebih khusus sistem seperti kerangka kerja logam-organik (MOF) untuk menghidrolisis berbasis organofosfonat agen saraf. Sejalan dengan itu, sejumlah besar kelompok penelitian melaporkan hal yang berbeda kemungkinan untuk menambahkan sifat pelindung EMI pada kain tekstil dengan melapisi kain yang mengandung logam, baik semata-mata, misalnya, dalam bentuk lapisan tipis di sekitar serat tekstil, atau dikombinasikan dengan a pengikat, melapisi lapisan tekstil penuh. Hu dkk., misalnya, menggambarkan pelapisan tembaga pada poliester (PES) bukan tenunan dengan bahan kimia aktivasi permukaan kain, diikuti dengan merendam dalam asam klorida dan kemudian di bak mandi yang mengandung garam CuSO4, sebelum bak pereduksi yang mengandung borohidrida menyebabkan pembentukan nanopartikel Cu pada permukaan serat. Dengan cara ini, lapisan tembaga padat padat terbentuk pada serat, seperti yang digambarkan pada Gambar 4. Para penulis menemukan resistivitas volume antara 1 mand5 mandefektivitas perisai, diukur antara 30 MHz dan 1,5 GHz, antara 42 dB dan 63 dB, tergantung pada ketebalan dan frekuensi. Untuk sistem multi-lapisan, hingga kira-kira. 90 dB dicapai dengan 3-5 lapisan dari bukan tenunan berlapis Cu.
• Kabel Logam
Mirip dengan benang filamen poliamida berlapis perak, ada juga benang yang mengandung serat baja tahan karat atau filamen yang tersedia secara komersial, sering digunakan untuk berbagai jenis tekstil pintar aplikasi [80-84]. Perlu disebutkan bahwa serat baja tahan karat sering kali bersifat magnetis dan dengan demikian mungkin cocok untuk aplikasi pelindung EMI [85,86] Secara komersial benang yang tersedia secara komersial, bagaimanapun, belum banyak dilaporkan dalam studi tentang kain tekstil pelindung EMI. Sebaliknya, beberapa kelompok melaporkan tentang benang yang dipintal sendiri termasuk berbagai jenis kawat baja tahan karat. Guptaetal, misalnya, menyiapkan benang pintal komposit dari baja tahan karat (20wt%) dan serat poliester yang digunakan sebagai inti dari benang inti selubung dengan serat PET sebagai Kain yang ditenun dari benang ini mencapai efektivitas perisai EMI 31–35dBintherangeof8.2–18.0GHz.
Membungkus benang dengan inti filamen baja tahan karat dan benang heliks karbon
sebagai pembungkus benang disiapkan oleh Krishnasamyetal.yang dilaporkan memiliki
tingkat efektivitas perlindungan EMIsekitar 5-28dB untuk kepadatan pembungkus yang
berbeda pada rentang frekuensi 4-8GHz . Komposit yang dibuat dari jaring baja tahan karat
yang dirajut lungsin dan termoplasticpolyurethane (TPU) dengan CNT dan menemukan
konduktivitas tinggi sebesar 1348S / m dan EMI efektivitas perisai 22dB pada pita-X yang
lebih dari dua kali lipat, dibandingkan dengan jaring rajutan purewarp.
CARBON
•
Lapisan KarbonPelapis karbon pada kain tekstil, yang diterapkan untuk meningkatkan efektivitas pelindung EMI kain, sering kali mengandung tabung nano karbon. Karena bentuknya yang satu dimensi dan konduktivitas yang sangat anisotropik, orientasi tabung nano karbon tersebut secara signifikan mempengaruhi efeknya pada sifat pelindung EMI. Lan dkk. dengan demikian menggambarkan a pendekatan baru untuk mencapai keselarasan aksial tinggi CNT di sepanjang serat kapas, berdasarkan spontanperakitan mandiri yang digerakkan oleh kapiler spontan. Dengan teknik ini, efektivitas perisai EMI nilai 21.5 dB di X-band dan 20.8 dB di band Ku tercapai, yang hampir dua kali lipat lebih tinggi dari nilai untuk struktur mikro CNT yang tidak teratur. Selain itu, mereka melaporkan stabilitas tinggi terhadap pembengkokan, goresan, dan pencucian, membuat lapisan ini cocok untuk elektronik portabel dan dapat dikenakan. Tanpa teknik khusus untuk mencapai a orientasi yang ditentukan dari CNT, Moonlek dkk. melaporkan efektivitas perisai EMI sebesar 8 dB atau 19 dB untuk kain sutra yang relatif tebal / lateks karet alam / komposit CNT dengan ketebalan 2 mm atau Ketebalan masing-masing 8 mm.
Kemungkinan lain untuk meningkatkan efektivitas pelindung EMI dari lapisan CNT adalah berdasarkan penambahan pengisi karbon lainnya, seperti graphene. Dai dkk. menambahkan 80% CNT dan 20% graphene ke PU yang mengandung air dan mencelupkan kain tenun PES/kapas ke dalam dispersi ini [4]. Selain hidrofobisitas yang tinggi, mereka menemukan konduktivitas 64 S/m untuk 3%
pengisi campuran, yang lebih tinggi dari 50 S / m untuk tekstil dengan lapisan yang mengandung 3% CNT dan 7,7 S / m untuk tekstil dengan 3% lapisan yang mengandung graphene. Sejalan dengan itu, yang relatif tinggi Efektivitas perisai EMI sekitar 35 dB pada pita-X dicapai oleh sampel-sampel ini.
•
Serat Karbon dan FilamenKarena serat karbon semakin banyak digunakan dalam konstruksi ringan saat ini, maka limbah serat karbon juga meningkat, Pakdeletal. mengatasi masalah ini dengan menyelidiki bagaimana limbah serat karbon dapat digunakan di EMI yang melindungi tenunan hibrida [119]. ini, mereka menggabungkan potongan-potongan serat karbon dengan panjang halus 100mm dengan nilon (PA6) serat dengan panjang 75mm untuk membentuk tenunan dengan meninju jarum dari web carding dengan rasio karbon: nilon yang berbeda, seperti yang digambarkan pada Gambar 7. Sedangkan pada tenunan ditunjukkan konduktivitas dari 0,4-34S / m, efektivitas perisai EMI ditemukan di antara sekitar 25dB dan 80dB, tergantung pada fraksi karbon, kemudian jumlah siklus kartu dan ketebalan sampel. Huetal.juga bekerja dengan serat karbon daur ulang yang dipulihkan dari limbah komposit dan dibentuk dengan menambahkan pengikat polimer dan menerapkan proses pembuatan kertas untuk serat tersebut [120]. Dengan cara ini, mereka mencapai konduktivitas antara 17S/m dan 140S/m, tergantung pada pengikat polimer serta ketebalannya, dan pelindung EMI efektivitas sekitar 30-70dB, sebagian besar didasarkan pada refleksi dan konduktivitas listrik yang tinggi dan ketidaksesuaian impedansi antara perisai dan udara sekitar.
•
Polimer Konduktif Secara IntrinsikBerlawanan dengan sebagian besar polimer yang bersifat mengisolasi, beberapa polimer konduktif juga ada, seperti poli (3,4-ethylenedioxythiophene): asam polistirenesulfonat (PEDOT: PSS), PEDOT, polianilin (PANI), polipirol (PPy), atau polythiophene (PTh). Terkonjugasi mereka Struktur orbital mereka memungkinkan transpor elektron, menghasilkan konduktivitas yang dapat disesuaikan. Polimer konduktif sering digunakan sebagai pelapis pada benang dan tekstil, misalnya, untuk energi energi, pada tekstil pintar, atau biosensor. Secara alami, mereka adalah juga digunakan untuk pelapis pelindung EMI pada kain tekstil, seperti yang dijelaskan di sini. Polimer konduktif dapat digunakan semata-mata, yaitu, tanpa bahan konduktif lainnya, untuk memberikan sifat pelindung pada kain tekstil. Rybicki dkk. menguji PANI dan juga PPy pada kain poli (akrilonitril) (PAN). Polimer konduktif diendapkan pada tenunan kain PAN dengan pencetakan inkjet pengoksidasi anilin hidroklorida atau pirol dengan amonium peroksodisulfat, di mana satu nosel menyemprotkan larutan anilin berair hidroklorida atau pirol, masing-masing, diikuti oleh nosel kedua yang menyemprotkan air larutan amonium peroksodisulfat, dengan cara ini mempolimerisasi bahan. Tergantung pada jumlah lapisan PANI atau PPy, nilai efektivitas perisai antara 5 dB dan 22 dB ditemukan untuk PANI dan nilai antara 2.25 dB dan 7 dB untuk PPy, menggunakan 1-5 lapisan dari polimer konduktif.
