Дзякуй за рэгістрацыю ў Physics World. Калі вы захочаце змяніць свае дадзеныя ў любы час, наведайце Мой уліковы запіс
Графітавыя плёнкі могуць абараняць электронныя прылады ад электрамагнітнага (ЭМ) выпраменьвання, але сучасныя метады іх вытворчасці займаюць некалькі гадзін і патрабуюць тэмпературы апрацоўкі каля 3000 °C. Каманда даследчыкаў з Шэньянскай нацыянальнай лабараторыі матэрыялазнаўства Кітайскай акадэміі навук прадэманстравала альтэрнатыўны спосаб вырабу высакаякасных графітавых плёнак усяго за некалькі секунд шляхам загартоўкі гарачых палосак нікелевай фальгі ў этаноле. Хуткасць росту гэтых плёнак больш чым на два парадкі вышэйшая, чым у існуючых метадаў, а электраправоднасць і механічная трываласць плёнак на адным узроўні з такімі ў плёнак, вырабленых з дапамогай хімічнага нанясення з паравай фазы (CVD).
Усе электронныя прылады вырабляюць некаторую колькасць электрамагнітнага выпраменьвання. Па меры таго, як прылады становяцца ўсё меншымі і працуюць на ўсё больш высокіх частотах, патэнцыял электрамагнітных перашкод (EMI) расце і можа негатыўна паўплываць на працу прылады, а таксама бліжэйшых электронных сістэм.
Графіт, алатроп вугляроду, пабудаваны са слаёў графена, якія ўтрымліваюцца разам сіламі Ван-дэр-Ваальса, валодае шэрагам выдатных электрычных, цеплавых і механічных уласцівасцей, якія робяць яго эфектыўным шчытом ад электрамагнітных перашкод. Аднак ён павінен быць у выглядзе вельмі тонкай плёнкі, каб ён меў высокую электраправоднасць, што важна для практычных прымянення электрамагнітных перашкод, таму што гэта азначае, што матэрыял можа адлюстроўваць і паглынаць электрамагнітныя хвалі, калі яны ўзаемадзейнічаюць з носьбітамі зарада ўнутры гэта.
У цяперашні час асноўныя спосабы вырабу графітавай плёнкі ўключаюць альбо высокатэмпературны піроліз араматычных палімераў, альбо накладванне пласта за пластом аксіду графена (GO) або графенавых наналістоў. Абодва працэсы патрабуюць высокай тэмпературы каля 3000 °C і часу апрацоўкі гадзіну. У CVD неабходныя тэмпературы ніжэй (ад 700 да 1300 °C), але для стварэння плёнак нанаметровай таўшчыні нават у вакууме патрабуецца некалькі гадзін.
Каманда пад кіраўніцтвам Вэнцая Рэна ў цяперашні час вырабіла высакаякасную графітавую плёнку таўшчынёй у дзясяткі нанаметраў за некалькі секунд, награваючы нікелевую фальгу да 1200 °C у атмасферы аргону і затым хутка апускаючы гэтую фальгу ў этанол пры 0 °C. Атамы вугляроду, якія ўтвараюцца ў выніку раскладання этанолу, дыфузіююць і раствараюцца ў нікелі дзякуючы высокай растваральнасці вугляроду ў метале (0,4 мас.% пры 1200 °C). Паколькі гэтая растваральнасць вугляроду значна зніжаецца пры нізкай тэмпературы, атамы вугляроду пасля аддзяляюцца і выпадаюць у асадак з паверхні нікеля падчас загартоўкі, ствараючы тоўстую графітавую плёнку. Даследчыкі паведамляюць, што выдатная каталітычная актыўнасць нікеля таксама спрыяе адукацыі высокакрышталічнага графіту.
Выкарыстоўваючы камбінацыю трансмісійнай мікраскапіі з высокім разрозненнем, рэнтгенаўскай дыфракцыі і раманаўскай спектраскапіі, Рэн і яго калегі выявілі, што выраблены імі графіт быў высокакрышталічным на вялікіх плошчах, добра слаістай і не ўтрымліваў бачных дэфектаў. Электронная праводнасць плёнкі дасягала 2,6 х 105 См/м, падобна плёнкам, вырашчаным з дапамогай CVD або высокатэмпературных метадаў і прэсавання плёнак GO/графен.
Каб праверыць, наколькі добра матэрыял можа блакаваць электрамагнітнае выпраменьванне, каманда перанесла плёнкі плошчай паверхні 600 мм2 на падкладкі з поліэтылентэрэфталату (PET). Затым яны вымералі эфектыўнасць экранавання плёнкі ад электрамагнітных перашкод (SE) у дыяпазоне частот X-дыяпазону паміж 8,2 і 12,4 Ггц. Яны выявілі, што EMI SE складае больш за 14,92 дБ для плёнкі таўшчынёй прыблізна 77 нм. Гэта значэнне ўзрастае да больш чым 20 дБ (мінімальнае значэнне, неабходнае для камерцыйных прыкладанняў) ва ўсім дыяпазоне X, калі яны складаюць больш фільмаў разам. Сапраўды, плёнка, якая змяшчае пяць частак складзеных графітавых плёнак (агульнай таўшчынёй каля 385 нм), мае EMI SE каля 28 дБ, што азначае, што матэрыял можа блакаваць 99,84% падаючага выпраменьвання. У цэлым каманда вымерала экранаванне ад электрамагнітных перашкод у 481 000 дБ/см2/г у X-дыяпазоне, пераўзыходзячы ўсе сінтэтычныя матэрыялы, пра якія паведамлялася раней.
Даследчыкі кажуць, што, наколькі ім вядома, іх графітавая плёнка з'яўляецца самай тонкай сярод прадстаўленых экрануючых матэрыялаў, з характарыстыкамі экранавання ад электрамагнітных перашкод, якія могуць задаволіць патрабаванні для камерцыйнага прымянення. Яго механічныя ўласцівасці таксама спрыяльныя. Трываласць матэрыялу на разрыў прыкладна 110 МПа (вынятая з крывых напружання-дэфармацыі матэрыялу, размешчанага на полікарбанатнай падстаўцы), вышэй, чым у графітавых плёнак, вырашчаных іншымі метадамі. Плёнка таксама гнуткая і можа быць сагнутая 1000 разоў з радыусам выгібу 5 мм без страты сваіх уласцівасцей экранаваць ад электрамагнітных перашкод. Ён таксама тэрмічнаму ўстойлівы да 550 °C. Каманда лічыць, што гэтыя і іншыя ўласцівасці азначаюць, што яго можна выкарыстоўваць у якасці звыштонкага, лёгкага, гнуткага і эфектыўнага экрануючага матэрыялу ад электрамагнітных перашкод для прымянення ў многіх галінах, уключаючы аэракасмічную прамысловасць, а таксама электроніку і оптаэлектроніку.
Прачытайце найбольш значныя і цікавыя дасягненні ў галіне матэрыялазнаўства ў гэтым новым часопісе з адкрытым доступам.
Physics World з'яўляецца ключавой часткай місіі IOP Publishing па данясенні даследаванняў і інавацый сусветнага класа да самай шырокай аўдыторыі. Вэб-сайт з'яўляецца часткай партфеля Physics World, калекцыі анлайнавых, лічбавых і друкаваных інфармацыйных паслуг для сусветнай навуковай супольнасці.
Час размяшчэння: 7 мая 2020 г