Благодарим ви, че се регистрирахте в Physics World. Ако искате да промените данните си по всяко време, моля, посетете Моят акаунт
Графитните филми могат да предпазят електронните устройства от електромагнитно (EM) лъчение, но настоящите техники за тяхното производство отнемат няколко часа и изискват температури на обработка от около 3000 °C. Екип от изследователи от Националната лаборатория за наука за материалите в Шенянг към Китайската академия на науките сега демонстрира алтернативен начин за създаване на висококачествени графитни филми само за няколко секунди чрез охлаждане на горещи ленти от никелово фолио в етанол. Скоростта на растеж за тези филми е с повече от два порядъка по-висока, отколкото при съществуващите методи, а електрическата проводимост и механичната якост на филмите са наравно с тези на филми, направени чрез химическо отлагане на пари (CVD).
Всички електронни устройства произвеждат известна електромагнитна радиация. Тъй като устройствата стават все по-малки и работят на все по-високи и по-високи честоти, потенциалът за електромагнитни смущения (EMI) нараства и може да повлияе неблагоприятно на работата на устройството, както и на близките електронни системи.
Графитът, алотроп на въглерод, изграден от слоеве графен, държани заедно от силите на ван дер Ваалс, има редица забележителни електрически, термични и механични свойства, които го правят ефективен щит срещу електромагнитни смущения. Въпреки това, той трябва да бъде под формата на много тънък филм, за да има висока електрическа проводимост, което е важно за практически EMI приложения, защото това означава, че материалът може да отразява и абсорбира EM вълни, докато те взаимодействат с носителите на заряд вътре то.
Понастоящем основните начини за производство на графитен филм включват или високотемпературна пиролиза на ароматни полимери, или натрупване на графен (GO) оксид или графенови нанолистове слой по слой. И двата процеса изискват високи температури от около 3000 °C и време за обработка от един час. При CVD необходимите температури са по-ниски (между 700 до 1300 °C), но отнема няколко часа, за да се направят филми с нанометрова дебелина, дори във вакуум.
Екип, ръководен от Wencai Ren, вече е произвел висококачествен графитен филм с дебелина десетки нанометри в рамките на няколко секунди чрез нагряване на никеловото фолио до 1200 °C в аргонова атмосфера и след това бързо потапяне на това фолио в етанол при 0 °C. Въглеродните атоми, получени от разлагането на етанол, дифундират и се разтварят в никела благодарение на високата въглеродна разтворимост на метала (0,4 тегл.% при 1200 °C). Тъй като тази въглеродна разтворимост значително намалява при ниска температура, въглеродните атоми впоследствие се сегрегират и се утаяват от повърхността на никела по време на охлаждането, произвеждайки дебел графитен филм. Изследователите съобщават, че отличната каталитична активност на никела също подпомага образуването на силно кристален графит.
Използвайки комбинация от трансмисионна микроскопия с висока разделителна способност, рентгенова дифракция и раманова спектроскопия, Рен и колегите откриха, че произведеният от тях графит е силно кристален върху големи площи, добре наслоен и не съдържа видими дефекти. Електронната проводимост на филма беше до 2, 6 x 105 S / m, подобно на филми, отгледани чрез CVD или високотемпературни техники и пресоване на GO / графенови филми.
За да провери колко добре материалът може да блокира EM радиацията, екипът прехвърли филми с повърхност от 600 mm2 върху субстрати, направени от полиетилен терефталат (PET). След това те измерват ефективността на EMI екраниране (SE) на филма в честотния диапазон на X-обхвата, между 8,2 и 12,4 GHz. Те откриха EMI SE от повече от 14,92 dB за филм с дебелина приблизително 77 nm. Тази стойност се увеличава до повече от 20 dB (минималната стойност, необходима за комерсиални приложения) в цялата X-лента, когато те подреждат повече филми заедно. Наистина, филм, съдържащ пет парчета подредени графитни филми (с обща дебелина около 385 nm) има EMI SE от около 28 dB, което означава, че материалът може да блокира 99,84% от падащото лъчение. Като цяло, екипът измерва EMI екраниране от 481 000 dB/cm2/g в X-обхвата, превъзхождайки всички докладвани преди това синтетични материали.
Изследователите казват, че доколкото им е известно, техният графитен филм е най-тънкият сред докладваните екраниращи материали, с EMI екраниране, което може да задоволи изискването за търговски приложения. Механичните му свойства също са благоприятни. Якостта на счупване на материала от приблизително 110 MPa (извлечена от кривите напрежение-деформация на материала, поставен върху поликарбонатна подложка) е по-висока от тази на графитните филми, отгледани по другите методи. Филмът също е гъвкав и може да бъде огънат 1000 пъти с радиус на огъване от 5 mm, без да губи свойствата си за екраниране на EMI. Освен това е термично стабилен до 550 °C. Екипът вярва, че тези и други свойства означават, че може да се използва като ултратънък, лек, гъвкав и ефективен EMI екраниращ материал за приложения в много области, включително космическото пространство, както и електрониката и оптоелектрониката.
Прочетете най-значимите и вълнуващи постижения в науката за материалите в това ново списание с отворен достъп.
Physics World представлява ключова част от мисията на IOP Publishing да комуникира изследвания и иновации от световна класа на възможно най-широка аудитория. Уебсайтът е част от портфолиото на Physics World, колекция от онлайн, цифрови и печатни информационни услуги за глобалната научна общност.
Време на публикуване: 7 май 2020 г