Täname, et registreerusite Physics Worldis Kui soovite oma andmeid igal ajal muuta, külastage Minu kontot
Grafiitkiled võivad elektroonikaseadmeid elektromagnetilise (EM) kiirguse eest varjestada, kuid praegused meetodid nende valmistamiseks võtavad mitu tundi ja nõuavad umbes 3000 °C töötlemistemperatuuri. Hiina Teaduste Akadeemia Shenyangi riikliku materjaliteaduse labori teadlaste meeskond on nüüd näidanud alternatiivset viisi kvaliteetsete grafiitkilede valmistamiseks vaid mõne sekundiga, kustutades kuumad nikkelfooliumi ribad etanoolis. Nende kilede kasvukiirus on rohkem kui kaks suurusjärku suurem kui olemasolevate meetodite puhul ning kilede elektrijuhtivus ja mehaaniline tugevus on samaväärsed keemilise aurustamise-sadestamise (CVD) kilede omadega.
Kõik elektroonikaseadmed tekitavad teatud määral EM-kiirgust. Kuna seadmed muutuvad üha väiksemaks ja töötavad üha kõrgematel sagedustel, suureneb elektromagnetiliste häirete (EMI) potentsiaal ning see võib kahjustada nii seadme kui ka läheduses asuvate elektrooniliste süsteemide jõudlust.
Grafiidil, süsiniku allotroopil, mis on ehitatud van der Waalsi jõudude poolt koos hoitud grafeenikihtidest, on mitmeid märkimisväärseid elektrilisi, termilisi ja mehaanilisi omadusi, mis muudavad selle tõhusaks kaitseks elektromagnetilise häire vastu. Kuid see peab olema väga õhukese kile kujul, et sellel oleks kõrge elektrijuhtivus, mis on praktiliste EMI rakenduste jaoks oluline, kuna see tähendab, et materjal suudab peegeldada ja absorbeerida EM-laineid, kui need interakteeruvad sees olevate laengukandjatega. seda.
Praegu on grafiitkile valmistamise peamised viisid kas aromaatsete polümeeride kõrgtemperatuuriline pürolüüs või grafeenoksiidi (GO) oksiidi või grafeeni nanolehtede kihtide kaupa virnastamine. Mõlemad protsessid nõuavad umbes 3000 °C kõrget temperatuuri ja tunniajalist töötlemisaega. CVD-s on nõutavad temperatuurid madalamad (700–1300 °C), kuid nanomeetri paksuste kilede valmistamiseks kulub ka vaakumis paar tundi.
Wencai Reni juhitud meeskond on nüüd mõne sekundi jooksul tootnud kvaliteetse grafiitkile, mille paksus on kümneid nanomeetreid, kuumutades nikkelfooliumi argooni atmosfääris temperatuurini 1200 °C ja seejärel kastes selle fooliumi kiiresti 0 °C juures etanooli. Etanooli lagunemisel tekkivad süsinikuaatomid hajuvad ja lahustuvad nikliks tänu metalli suurele süsiniku lahustuvusele (0,4 massiprotsenti 1200 °C juures). Kuna see süsiniku lahustuvus väheneb madalal temperatuuril oluliselt, eralduvad süsinikuaatomid ja sadestuvad seejärel kustutamise ajal nikli pinnalt, moodustades paksu grafiitkile. Teadlased teatavad, et nikli suurepärane katalüütiline aktiivsus aitab kaasa ka väga kristalse grafiidi moodustumisele.
Kasutades kõrge eraldusvõimega ülekandemikroskoopia, röntgendifraktsiooni ja Ramani spektroskoopia kombinatsiooni, leidsid Ren ja kolleegid, et nende toodetud grafiit oli suurtel aladel väga kristalne, hästi kihiline ega sisaldanud nähtavaid defekte. Kile elektronjuhtivus oli koguni 2, 6 x 105 S/m, mis on sarnane CVD või kõrgtemperatuurse tehnikaga kasvatatud kiledele ja GO/grafeenkilede pressimisele.
Et testida, kui hästi materjal suudab EM-kiirgust blokeerida, kandis meeskond 600 mm2 pindalaga kiled polüetüleentereftalaadist (PET) valmistatud substraatidele. Seejärel mõõtsid nad filmi EMI varjestuse efektiivsust (SE) X-riba sagedusvahemikus 8,2–12,4 GHz. Nad leidsid ligikaudu 77 nm paksuse kile EMI SE väärtuse üle 14,92 dB. See väärtus tõuseb üle 20 dB (minimaalne kommertsrakenduste jaoks vajalik väärtus) kogu X-ribas, kui nad asetavad kokku rohkem filme. Tõepoolest, kile, mis sisaldab viit tükki virnastatud grafiitkilet (kokku umbes 385 nm paksusega), on EMI SE umbes 28 dB, mis tähendab, et materjal suudab blokeerida 99,84% langevast kiirgusest. Üldiselt mõõtis meeskond EMI varjestuse 481 000 dB/cm2/g kogu X-riba ulatuses, ületades kõiki varem teatatud sünteetilisi materjale.
Teadlased väidavad, et nende teadmiste kohaselt on nende grafiitkile teatatud varjestusmaterjalidest kõige õhem, mille EMI-varjestus suudab rahuldada kommertsrakenduste nõudeid. Selle mehaanilised omadused on samuti soodsad. Materjali murdumistugevus ligikaudu 110 MPa (eraldatud polükarbonaadile asetatud materjali pinge-deformatsiooni kõveratest) on kõrgem kui muudel meetoditel kasvatatud grafiitkiledel. Kile on ka painduv ja seda saab painutada 5 mm painderaadiusega 1000 korda, ilma et see kaotaks oma EMI varjestusomadusi. Samuti on see termiliselt stabiilne kuni 550 °C. Meeskond usub, et need ja muud omadused tähendavad, et seda saab kasutada üliõhukese, kerge, paindliku ja tõhusa EMI varjestusmaterjalina paljudes valdkondades, sealhulgas kosmosetööstuses, samuti elektroonikas ja optoelektroonikas.
Lugege sellest uuest avatud juurdepääsu ajakirjast materjaliteaduse kõige olulisematest ja põnevatest edusammudest.
Physics World on oluline osa IOP Publishingi missioonist edastada maailmatasemel teadusuuringud ja innovatsioon võimalikult laiale publikule. Veebisait on osa Physics Worldi portfellist, mis on ülemaailmsele teadusringkonnale mõeldud veebi-, digitaal- ja trükiteabeteenuste kogum.
Postitusaeg: mai-07-2020