Hvala vam što ste se registrovali na Physics World Ako želite da promenite svoje podatke u bilo kom trenutku, posetite Moj nalog
Grafitni filmovi mogu zaštititi elektronske uređaje od elektromagnetnog (EM) zračenja, ali trenutne tehnike za njihovu proizvodnju traju nekoliko sati i zahtijevaju temperaturu obrade od oko 3000 °C. Tim istraživača iz Nacionalne laboratorije za nauku o materijalima u Shenyangu pri Kineskoj akademiji nauka sada je demonstrirao alternativni način izrade visokokvalitetnih grafitnih filmova u samo nekoliko sekundi gašenjem vrućih traka nikalne folije u etanolu. Brzina rasta ovih filmova je više od dva reda veličine veća nego u postojećim metodama, a električna provodljivost i mehanička čvrstoća filmova su jednake onima filmova napravljenih korištenjem kemijskog taloženja iz pare (CVD).
Svi elektronski uređaji proizvode EM zračenja. Kako uređaji postaju sve manji i rade na sve većim i višim frekvencijama, potencijal za elektromagnetne smetnje (EMI) raste i može negativno uticati na performanse uređaja kao i na performanse obližnjih elektronskih sistema.
Grafit, alotrop ugljika izgrađen od slojeva grafena koji se drže zajedno van der Waalsovim silama, ima niz izvanrednih električnih, termičkih i mehaničkih svojstava koja ga čine djelotvornim štitom od elektromagnetskih smetnji. Međutim, mora biti u obliku vrlo tankog filma da bi imao visoku električnu provodljivost, što je važno za praktične primjene EMI jer to znači da materijal može reflektirati i apsorbirati EM valove dok su u interakciji s nosiocima naboja unutar to.
Trenutno, glavni načini pravljenja grafitnog filma uključuju ili pirolizu aromatičnih polimera na visokim temperaturama ili slaganje grafenskog (GO) oksida ili grafenskih nanolistova sloj po sloj. Oba procesa zahtijevaju visoke temperature od oko 3000 °C i vrijeme obrade od sat vremena. U CVD-u, potrebne temperature su niže (između 700 do 1300 °C), ali je potrebno nekoliko sati da se naprave filmovi debljine nanometara, čak i u vakuumu.
Tim predvođen Wencaijem Renom sada je proizveo visokokvalitetni grafitni film debljine desetine nanometara u roku od nekoliko sekundi zagrijavanjem folije od nikla na 1200 °C u atmosferi argona, a zatim brzim uranjanjem ove folije u etanol na 0 °C. Atomi ugljika koji nastaju razgradnjom etanola difundiraju i rastvaraju se u nikal zahvaljujući visokoj topljivosti metala ugljika (0,4 tež.% na 1200 °C). Budući da se ova topljivost ugljika uvelike smanjuje na niskim temperaturama, atomi ugljika se zatim segregiraju i talože s površine nikla tokom gašenja, stvarajući debeli grafitni film. Istraživači izvještavaju da izvrsna katalitička aktivnost nikla također pomaže u formiranju visoko kristalnog grafita.
Koristeći kombinaciju transmisione mikroskopije visoke rezolucije, difrakcije rendgenskih zraka i Ramanove spektroskopije, Ren i kolege su otkrili da je grafit koji su proizveli bio visoko kristalan na velikim površinama, dobro slojevit i da nije sadržavao vidljive defekte. Elektronska provodljivost filma bila je čak 2,6 x 105 S/m, slično filmovima uzgojenim CVD ili visokotemperaturnim tehnikama i presovanjem GO/grafenskih filmova.
Kako bi testirali koliko dobro materijal može blokirati EM zračenje, tim je prenio filmove površine 600 mm2 na podloge od polietilen tereftalata (PET). Zatim su izmjerili efektivnost EMI zaštite filma (SE) u frekvencijskom opsegu X opsega, između 8,2 i 12,4 GHz. Pronašli su EMI SE od više od 14,92 dB za film debljine približno 77 nm. Ova vrijednost se povećava na više od 20 dB (minimalna vrijednost potrebna za komercijalne primjene) u cijelom X-opsegu kada se slože više filmova zajedno. Zaista, film koji sadrži pet komada naslaganih grafitnih filmova (ukupno debljine oko 385 nm) ima EMI SE od oko 28 dB, što znači da materijal može blokirati 99,84% upadnog zračenja. Sveukupno, tim je izmjerio EMI zaštitu od 481.000 dB/cm2/g preko X-opsega, nadmašujući sve ranije prijavljene sintetičke materijale.
Istraživači kažu da je, prema njihovom najboljem saznanju, njihov grafitni film najtanji među prijavljenim zaštitnim materijalima, s performansama zaštite od elektromagnetnih zračenjem koje mogu zadovoljiti zahtjeve za komercijalne primjene. Njegova mehanička svojstva su također povoljna. Čvrstoća materijala na lom od otprilike 110 MPa (izvučena iz krivulja naprezanje-deformacija materijala postavljenog na polikarbonatnu podlogu) veća je od grafitnih filmova uzgojenih drugim metodama. Film je takođe fleksibilan i može se saviti 1000 puta uz radijus savijanja od 5 mm bez gubitka svojih zaštitnih svojstava EMI. Takođe je termički stabilan do 550 °C. Tim vjeruje da ova i druga svojstva znače da se može koristiti kao ultratanak, lagan, fleksibilan i efikasan EMI zaštitni materijal za primjenu u mnogim područjima, uključujući vazduhoplovstvo, kao i elektroniku i optoelektroniku.
Pročitajte najznačajnija i najuzbudljivija dostignuća u nauci o materijalima u ovom novom časopisu otvorenog pristupa.
Physics World predstavlja ključni dio misije IOP Publishinga da komunicira istraživanje i inovacije svjetske klase najširoj mogućoj publici. Web stranica je dio portfolija Physics World, zbirke online, digitalnih i štampanih informativnih usluga za globalnu naučnu zajednicu.
Vrijeme objave: 07.05.2020