Grazas por rexistrarte en Physics World Se queres cambiar os teus datos en calquera momento, visita A miña conta
As películas de grafito poden protexer os dispositivos electrónicos da radiación electromagnética (EM), pero as técnicas actuais para fabricalos levan varias horas e requiren temperaturas de procesamento de arredor de 3000 °C. Un equipo de investigadores do Laboratorio Nacional de Ciencia de Materiais de Shenyang da Academia Chinesa de Ciencias demostrou agora unha forma alternativa de facer películas de grafito de alta calidade en tan só uns segundos apagando tiras quentes de folla de níquel en etanol. A taxa de crecemento destas películas é máis de dous ordes de magnitude superior á dos métodos existentes, e a condutividade eléctrica e a resistencia mecánica das películas están á par das das películas feitas mediante deposición química en vapor (CVD).
Todos os dispositivos electrónicos producen algunha radiación EM. A medida que os dispositivos se fan cada vez máis pequenos e funcionan a frecuencias cada vez máis altas, o potencial de interferencia electromagnética (EMI) crece e pode afectar negativamente o rendemento do dispositivo así como o dos sistemas electrónicos próximos.
O grafito, un alótropo de carbono construído a partir de capas de grafeno unidas polas forzas de van der Waals, ten unha serie de propiedades eléctricas, térmicas e mecánicas notables que o converten nun escudo eficaz contra os EMI. Non obstante, ten que estar en forma de película moi delgada para que teña unha alta condutividade eléctrica, o que é importante para aplicacións prácticas de EMI porque significa que o material pode reflectir e absorber ondas EM mentres interactúan cos portadores de carga no interior. iso.
Na actualidade, as principais formas de facer película de grafito implican a pirólise a alta temperatura de polímeros aromáticos ou a acumulación de óxido de grafeno (GO) ou nanofollas de grafeno capa por capa. Ambos procesos requiren altas temperaturas duns 3000 °C e tempos de procesamento dunha hora. En CVD, as temperaturas requiridas son máis baixas (entre 700 e 1300 °C), pero son necesarias unhas horas para facer películas de nanómetros de espesor, incluso no baleiro.
Un equipo liderado por Wencai Ren produciu agora unha película de grafito de alta calidade de decenas de nanómetros de espesor en poucos segundos quentando a folla de níquel a 1200 °C nunha atmosfera de argón e, a continuación, mergullando rapidamente esta folla en etanol a 0 °C. Os átomos de carbono producidos pola descomposición do etanol difúndense e disolven no níquel grazas á alta solubilidade do carbono do metal (0,4% en peso a 1200 °C). Debido a que esta solubilidade do carbono diminúe moito a baixa temperatura, os átomos de carbono posteriormente segregan e precipitan da superficie do níquel durante a extinción, producindo unha película de grafito espesa. Os investigadores informan de que a excelente actividade catalítica do níquel tamén axuda á formación de grafito altamente cristalino.
Usando unha combinación de microscopía de transmisión de alta resolución, difracción de raios X e espectroscopia Raman, Ren e os seus colegas descubriron que o grafito que producían era altamente cristalino en grandes áreas, ben estratificado e non contiña defectos visibles. A condutividade electrónica da película era tan alta como 2,6 x 105 S/m, semellante ás películas cultivadas mediante técnicas CVD ou a alta temperatura e prensado de películas GO/grafeno.
Para probar o ben que o material podería bloquear a radiación EM, o equipo transferiu películas cunha superficie de 600 mm2 sobre substratos feitos de tereftalato de polietileno (PET). Despois mediron a efectividade de blindaxe EMI (SE) da película no rango de frecuencias da banda X, entre 8,2 e 12,4 GHz. Atoparon un EMI SE de máis de 14,92 dB para unha película de aproximadamente 77 nm de espesor. Este valor aumenta a máis de 20 dB (o valor mínimo necesario para aplicacións comerciais) en toda a banda X cando apilaron máis películas. De feito, unha película que contén cinco pezas de películas de grafito apiladas (uns 385 nm de espesor en total) ten un EMI SE duns 28 dB, o que significa que o material pode bloquear o 99,84% da radiación incidente. En xeral, o equipo mediu unha protección EMI de 481.000 dB/cm2/g na banda X, superando a todos os materiais sintéticos previamente informados.
Os investigadores din que, segundo o mellor que saben, a súa película de grafito é a máis fina entre os materiais de blindaxe informados, cun rendemento de blindaxe EMI que pode satisfacer o requisito das aplicacións comerciais. As súas propiedades mecánicas tamén son favorables. A resistencia á rotura do material de aproximadamente 110 MPa (extraída das curvas de tensión-deformación do material colocado sobre un soporte de policarbonato) é maior que a das películas de grafito cultivadas polos outros métodos. A película tamén é flexible e pódese dobrar 1000 veces cun radio de curvatura de 5 mm sen perder as súas propiedades de blindaxe EMI. Tamén é térmicamente estable ata 550 °C. O equipo cre que estas e outras propiedades significan que podería usarse como un material de blindaxe ultrafino, lixeiro, flexible e eficaz para aplicacións en moitas áreas, incluíndo aeroespacial, electrónica e optoelectrónica.
Lea os avances máis significativos e emocionantes na ciencia dos materiais nesta nova revista de acceso aberto.
Physics World representa unha parte fundamental da misión de IOP Publishing de comunicar investigación e innovación de clase mundial ao público máis amplo posible. O sitio web forma parte da carteira Physics World, unha colección de servizos de información en liña, dixital e impreso para a comunidade científica global.
Hora de publicación: maio-07-2020