Gràcies per registrar-vos a Physics World Si voleu canviar les vostres dades en qualsevol moment, visiteu El meu compte
Les pel·lícules de grafit poden protegir els dispositius electrònics de la radiació electromagnètica (EM), però les tècniques actuals per fabricar-les triguen diverses hores i requereixen temperatures de processament d'uns 3000 °C. Un equip d'investigadors del Laboratori Nacional de Ciència de Materials de Shenyang de l'Acadèmia Xinesa de Ciències ara ha demostrat una manera alternativa de fer pel·lícules de grafit d'alta qualitat en només uns segons apagant tires calentes de làmina de níquel en etanol. La taxa de creixement d'aquestes pel·lícules és més de dos ordres de magnitud superior a la dels mètodes existents, i la conductivitat elèctrica i la resistència mecànica de les pel·lícules són iguals a les de les pel·lícules fetes mitjançant la deposició química de vapor (CVD).
Tots els dispositius electrònics produeixen una mica de radiació EM. A mesura que els dispositius es fan cada cop més petits i funcionen a freqüències cada cop més altes, el potencial d'interferències electromagnètiques (EMI) creix i pot afectar negativament el rendiment del dispositiu i també el dels sistemes electrònics propers.
El grafit, un al·lòtrop de carboni construït a partir de capes de grafè unides per les forces de van der Waals, té una sèrie de propietats elèctriques, tèrmiques i mecàniques notables que el converteixen en un escut eficaç contra les EMI. Tanmateix, ha de tenir la forma d'una pel·lícula molt fina perquè tingui una alta conductivitat elèctrica, la qual cosa és important per a aplicacions pràctiques d'EMI perquè significa que el material pot reflectir i absorbir ones EM mentre interactuen amb els portadors de càrrega que hi ha a l'interior. això.
Actualment, les principals maneres de fer pel·lícules de grafit impliquen la piròlisi a alta temperatura de polímers aromàtics o l'apilament d'òxid de grafè (GO) o nanofulls de grafè capa per capa. Tots dos processos requereixen altes temperatures d'uns 3000 °C i temps de processament d'una hora. En CVD, les temperatures requerides són més baixes (entre 700 i 1300 °C), però es triguen unes hores a fer pel·lícules de nanòmetre de gruix, fins i tot al buit.
Un equip liderat per Wencai Ren ha produït ara una pel·lícula de grafit d'alta qualitat de desenes de nanòmetres de gruix en pocs segons escalfant una làmina de níquel a 1200 °C en una atmosfera d'argó i després submergint ràpidament aquesta làmina en etanol a 0 °C. Els àtoms de carboni produïts a partir de la descomposició de l'etanol es difonen i es dissolen en el níquel gràcies a l'alta solubilitat de carboni del metall (0,4% en pes a 1200 °C). Com que aquesta solubilitat del carboni disminueix molt a baixa temperatura, els àtoms de carboni es segreguen i precipiten posteriorment de la superfície del níquel durant l'extinció, produint una pel·lícula de grafit gruixuda. Els investigadors informen que l'excel·lent activitat catalítica del níquel també ajuda a la formació de grafit altament cristal·lí.
Mitjançant una combinació de microscòpia de transmissió d'alta resolució, difracció de raigs X i espectroscòpia Raman, Ren i els seus col·legues van trobar que el grafit que produïen era altament cristal·lí en grans àrees, ben estratificat i no contenia defectes visibles. La conductivitat electrònica de la pel·lícula era tan alta com 2,6 x 105 S/m, similar a les pel·lícules cultivades mitjançant tècniques CVD o d'alta temperatura i premsat de pel·lícules GO/grafè.
Per provar fins a quin punt el material podria bloquejar la radiació EM, l'equip va transferir pel·lícules amb una superfície de 600 mm2 a substrats fets de tereftalat de polietilè (PET). A continuació, van mesurar l'efectivitat de blindatge EMI (SE) de la pel·lícula en el rang de freqüències de la banda X, entre 8,2 i 12,4 GHz. Van trobar un EMI SE de més de 14,92 dB per a una pel·lícula d'aproximadament 77 nm de gruix. Aquest valor augmenta a més de 20 dB (el valor mínim requerit per a aplicacions comercials) a tota la banda X quan s'apilen més pel·lícules juntes. De fet, una pel·lícula que conté cinc peces de pel·lícules de grafit apilades (uns 385 nm de gruix en total) té un EMI SE d'uns 28 dB, el que significa que el material pot bloquejar el 99,84% de la radiació incident. En general, l'equip va mesurar un blindatge EMI de 481.000 dB/cm2/g a través de la banda X, superant tots els materials sintètics reportats anteriorment.
Els investigadors diuen que, segons el que saben, la seva pel·lícula de grafit és la més fina entre els materials de blindatge reportats, amb un rendiment de blindatge EMI que pot satisfer el requisit d'aplicacions comercials. Les seves propietats mecàniques també són favorables. La resistència a la fractura del material d'aproximadament 110 MPa (extreta de les corbes tensió-deformació del material col·locat sobre un suport de policarbonat) és superior a la de les pel·lícules de grafit cultivades amb els altres mètodes. La pel·lícula també és flexible i es pot doblegar 1000 vegades amb un radi de flexió de 5 mm sense perdre les seves propietats de blindatge EMI. També és tèrmicament estable fins a 550 °C. L'equip creu que aquestes i altres propietats signifiquen que es podria utilitzar com a material de blindatge EMI ultraprim, lleuger, flexible i eficaç per a aplicacions en moltes àrees, incloses l'aeroespacial, així com l'electrònica i l'optoelectrònica.
Llegiu els avenços més significatius i emocionants de la ciència dels materials en aquesta nova revista d'accés obert.
Physics World representa una part clau de la missió d'IOP Publishing de comunicar la recerca i la innovació de classe mundial al públic més ampli possible. El lloc web forma part de la cartera Physics World, una col·lecció de serveis d'informació en línia, digitals i impresos per a la comunitat científica global.
Hora de publicació: maig-07-2020