Děkujeme, že jste se zaregistrovali do Physics World Pokud budete chtít své údaje kdykoli změnit, navštivte Můj účet
Grafitové fólie mohou chránit elektronická zařízení před elektromagnetickým (EM) zářením, ale současné techniky jejich výroby trvají několik hodin a vyžadují teploty zpracování kolem 3000 °C. Tým výzkumníků z Shenyang National Laboratory for Materials Science při Čínské akademii věd nyní předvedl alternativní způsob výroby vysoce kvalitních grafitových filmů během několika sekund kalením horkých pásů niklové fólie v etanolu. Rychlost růstu těchto filmů je o více než dva řády vyšší než u stávajících metod a elektrická vodivost a mechanická pevnost filmů je na stejné úrovni jako u filmů vyrobených pomocí chemického nanášení par (CVD).
Všechna elektronická zařízení produkují určité EM záření. Jak se zařízení stále zmenšují a pracují na vyšších a vyšších frekvencích, roste potenciál elektromagnetického rušení (EMI) a může nepříznivě ovlivnit výkon zařízení i blízkých elektronických systémů.
Grafit, alotrop uhlíku vytvořený z vrstev grafenu držených pohromadě van der Waalsovými silami, má řadu pozoruhodných elektrických, tepelných a mechanických vlastností, které z něj činí účinný štít proti EMI. Musí však být ve formě velmi tenkého filmu, aby měl vysokou elektrickou vodivost, což je důležité pro praktické aplikace EMI, protože to znamená, že materiál může odrážet a absorbovat EM vlny, když interagují s nosiči náboje uvnitř. to.
V současnosti hlavní způsoby výroby grafitového filmu zahrnují buď vysokoteplotní pyrolýzu aromatických polymerů nebo vrstvení nanovrstvy oxidu grafenu (GO) nebo grafenu vrstvu po vrstvě. Oba procesy vyžadují vysoké teploty kolem 3000 °C a dobu zpracování hodinu. V CVD jsou požadované teploty nižší (mezi 700 až 1300 °C), ale výroba nanometrových filmů trvá i ve vakuu několik hodin.
Tým vedený Wencai Renem nyní během několika sekund vyrobil vysoce kvalitní grafitový film o tloušťce desítek nanometrů zahřátím niklové fólie na 1200 °C v argonové atmosféře a poté rychlým ponořením této fólie do etanolu při 0 °C. Atomy uhlíku vzniklé rozkladem ethanolu difundují a rozpouštějí se v niklu díky vysoké rozpustnosti kovu v uhlíku (0,4 % hmotn. při 1200 °C). Protože tato rozpustnost uhlíku při nízké teplotě výrazně klesá, atomy uhlíku se následně během kalení oddělují a vysrážejí z povrchu niklu, čímž vzniká tlustý grafitový film. Výzkumníci uvádějí, že vynikající katalytická aktivita niklu také napomáhá tvorbě vysoce krystalického grafitu.
Pomocí kombinace transmisní mikroskopie s vysokým rozlišením, rentgenové difrakce a Ramanovy spektroskopie Ren a kolegové zjistili, že grafit, který vyrobili, byl na velkých plochách vysoce krystalický, dobře vrstvený a neobsahoval žádné viditelné defekty. Elektronová vodivost filmu byla až 2,6 x 105 S/m, podobně jako filmy pěstované pomocí CVD nebo vysokoteplotních technik a lisování GO/grafenových filmů.
Aby tým otestoval, jak dobře může materiál blokovat EM záření, přenesl filmy o ploše 600 mm2 na substráty vyrobené z polyethylentereftalátu (PET). Poté změřili účinnost stínění EMI (SE) filmu ve frekvenčním pásmu X, mezi 8,2 a 12,4 GHz. Našli EMI SE více než 14,92 dB pro film o tloušťce přibližně 77 nm. Tato hodnota se zvýší na více než 20 dB (minimální hodnota požadovaná pro komerční aplikace) v celém pásmu X, když naskládají více filmů dohromady. Fólie obsahující pět kusů vrstvených grafitových filmů (celkem o tloušťce asi 385 nm) má EMI SE kolem 28 dB, což znamená, že materiál může blokovat 99,84 % dopadajícího záření. Celkově tým naměřil stínění EMI 481 000 dB/cm2/g v pásmu X, což překonalo všechny dříve uváděné syntetické materiály.
Vědci tvrdí, že podle jejich nejlepších znalostí je jejich grafitový film nejtenčí mezi uváděnými stínícími materiály s výkonem stínění EMI, který může uspokojit požadavky pro komerční aplikace. Příznivé jsou i jeho mechanické vlastnosti. Lomová pevnost materiálu cca 110 MPa (odvozeno z křivek napětí-deformace materiálu umístěného na polykarbonátovém nosiči) je vyšší než u grafitových filmů vypěstovaných jinými metodami. Fólie je také flexibilní a může být ohnuta 1000krát s poloměrem ohybu 5 mm, aniž by ztratila své vlastnosti stínění proti EMI. Je také tepelně stabilní až do 550 °C. Tým věří, že tyto a další vlastnosti znamenají, že by mohl být použit jako ultratenký, lehký, flexibilní a účinný EMI stínící materiál pro aplikace v mnoha oblastech, včetně letectví a také elektroniky a optoelektroniky.
Přečtěte si nejvýznamnější a vzrušující pokroky ve vědě o materiálech v tomto novém časopise s otevřeným přístupem.
Physics World představuje klíčovou součást poslání IOP Publishing komunikovat světový výzkum a inovace co nejširšímu publiku. Webové stránky tvoří součást portfolia Physics World, což je sbírka online, digitálních a tištěných informačních služeb pro globální vědeckou komunitu.
Čas odeslání: květen-07-2020