Dankie dat jy by Physics World geregistreer het As jy enige tyd jou besonderhede wil verander, besoek asseblief My rekening
Grafietfilms kan elektroniese toestelle teen elektromagnetiese (EM) straling beskerm, maar huidige tegnieke om dit te vervaardig neem etlike ure en vereis verwerkingstemperature van ongeveer 3000 °C. ’n Span navorsers van die Shenyang Nasionale Laboratorium vir Materiaalwetenskap by die Chinese Akademie vir Wetenskappe het nou ’n alternatiewe manier gedemonstreer om hoëgehalte-grafietfilms in net ’n paar sekondes te maak deur warm stroke nikkelfoelie in etanol te blus. Die groeikoers vir hierdie films is meer as twee ordes van grootte hoër as in bestaande metodes, en die films se elektriese geleidingsvermoë en meganiese sterkte is op gelyke voet met dié van films wat gemaak is met chemiese dampneerslag (CVD).
Alle elektroniese toestelle produseer 'n mate van EM-straling. Soos toestelle al hoe kleiner word en teen hoër en hoër frekwensies werk, groei die potensiaal vir elektromagnetiese interferensie (EMI) en kan dit die werkverrigting van die toestel sowel as dié van nabygeleë elektroniese stelsels nadelig beïnvloed.
Grafiet, 'n allotroop van koolstof gebou uit lae grafeen wat deur van der Waals-kragte bymekaar gehou word, het 'n aantal merkwaardige elektriese, termiese en meganiese eienskappe wat dit 'n effektiewe skild teen EMI maak. Dit moet egter in die vorm van 'n baie dun film wees om 'n hoë elektriese geleidingsvermoë te hê, wat belangrik is vir praktiese EMI-toepassings, want dit beteken dat die materiaal EM-golwe kan reflekteer en absorbeer terwyl hulle in wisselwerking met die ladingdraers binne. dit.
Tans behels die vernaamste maniere om grafietfilm te maak óf hoë-temperatuur pirolise van aromatiese polimere óf die opstapeling van grafeen (GO) oksied of grafeen nanovelle laag vir laag. Beide prosesse vereis hoë temperature van ongeveer 3000 °C en verwerkingstye van 'n uur. In CVD is die vereiste temperature laer (tussen 700 tot 1300 °C), maar dit neem 'n paar uur om nanometer-dik films te maak, selfs in vakuum.
'n Span onder leiding van Wencai Ren het nou 'n hoë-gehalte grafietfilm tientalle nanometer dik binne 'n paar sekondes vervaardig deur nikkelfoelie tot 1200 °C in 'n argonatmosfeer te verhit en hierdie foelie dan vinnig in etanol by 0 °C te dompel. Die koolstofatome wat uit die ontbinding van etanol geproduseer word, diffundeer en los op in die nikkel danksy die metaal se hoë koolstofoplosbaarheid (0,4 gew.% by 1200 °C). Omdat hierdie koolstofoplosbaarheid baie afneem by lae temperatuur, skei die koolstofatome vervolgens af en presipiteer vanaf die nikkeloppervlak tydens blus, wat 'n dik grafietfilm produseer. Die navorsers rapporteer dat die uitstekende katalitiese aktiwiteit van nikkel ook die vorming van hoogs kristallyne grafiet aanhelp.
Deur 'n kombinasie van hoë-resolusie transmissiemikroskopie, X-straaldiffraksie en Raman-spektroskopie te gebruik, het Ren en kollegas gevind dat die grafiet wat hulle vervaardig het hoogs kristallyn oor groot gebiede was, goed gelaag en geen sigbare defekte bevat nie. Die elektrongeleiding van die film was so hoog as 2,6 x 105 S/m, soortgelyk aan films wat deur CVD of hoë-temperatuur tegnieke en pers van GO/grafeen films gekweek is.
Om te toets hoe goed die materiaal EM-straling kon blokkeer, het die span films met 'n oppervlakte van 600 mm2 oorgedra op substrate gemaak van poliëtileentereftalaat (PET). Hulle het toe die film se EMI-afskermingseffektiwiteit (SE) in die X-bandfrekwensiereeks, tussen 8,2 en 12,4 GHz, gemeet. Hulle het 'n EMI SE van meer as 14.92 dB gevind vir 'n film van ongeveer 77 nm dik. Hierdie waarde neem toe tot meer as 20 dB (die minimum waarde wat vir kommersiële toepassings vereis word) in die hele X-band wanneer hulle meer films saam gestapel het. Inderdaad, 'n film wat vyf stukke gestapelde grafietfilms bevat (ongeveer 385 nm dik in totaal) het 'n EMI SE van ongeveer 28 dB, wat beteken dat die materiaal 99,84% van invallende bestraling kan blokkeer. In die algemeen het die span 'n EMI-afskerming van 481 000 dB/cm2/g oor die X-band gemeet, wat beter as alle voorheen gerapporteerde sintetiese materiale presteer.
Die navorsers sê na die beste van hul kennis is hul grafietfilm die dunste onder gerapporteerde afskermmateriale, met 'n EMI-afskermprestasie wat aan die vereiste vir kommersiële toepassings kan voldoen. Die meganiese eienskappe daarvan is ook gunstig. Die materiaal se breuksterkte van ongeveer 110 MPa (onttrek uit spanning-rek-krommes van die materiaal wat op 'n polikarbonaatondersteuning geplaas is) is hoër as dié van grafietfilms wat deur die ander metodes gekweek is. Die film is ook buigsaam en kan 1000 keer gebuig word met 'n buigradius van 5 mm sonder om sy EMI-afskermeienskappe te verloor. Dit is ook termies stabiel tot 550 °C. Die span glo dat hierdie en ander eienskappe beteken dat dit gebruik kan word as 'n ultradun, liggewig, buigsame en doeltreffende EMI-afskermmateriaal vir toepassings in baie gebiede, insluitend lugvaart sowel as elektronika en opto-elektronika.
Lees die belangrikste en opwindendste vooruitgang in materiaalwetenskap in hierdie nuwe ooptoegangjoernaal.
Physics World verteenwoordig 'n sleuteldeel van IOP Publishing se missie om wêreldklas navorsing en innovasie aan die wydste moontlike gehoor te kommunikeer. Die webwerf vorm deel van die Physics World-portefeulje, 'n versameling aanlyn-, digitale en gedrukte inligtingsdienste vir die wêreldwye wetenskaplike gemeenskap.
Postyd: Mei-07-2020