Hvala što ste se registrirali na Physics World. Ako u bilo kojem trenutku želite promijeniti svoje podatke, posjetite Moj račun
Grafitni filmovi mogu zaštititi elektroničke uređaje od elektromagnetskog (EM) zračenja, ali trenutne tehnike za njihovu proizvodnju traju nekoliko sati i zahtijevaju temperature obrade od oko 3000 °C. Tim istraživača iz Shenyang Nacionalnog laboratorija za znanost o materijalima pri Kineskoj akademiji znanosti sada je demonstrirao alternativni način izrade visokokvalitetnih grafitnih filmova u samo nekoliko sekundi gašenjem vrućih traka niklene folije u etanolu. Brzina rasta ovih filmova je više od dva reda veličine veća nego u postojećim metodama, a električna vodljivost i mehanička čvrstoća filmova jednaki su onima filmova izrađenih korištenjem kemijskog taloženja iz pare (CVD).
Svi elektronički uređaji proizvode nešto EM zračenja. Kako uređaji postaju sve manji i rade na sve višim i višim frekvencijama, potencijal za elektromagnetske smetnje (EMI) raste i može nepovoljno utjecati na performanse uređaja, kao i na performanse obližnjih elektroničkih sustava.
Grafit, alotrop ugljika izgrađen od slojeva grafena koje zajedno drže van der Waalsove sile, ima niz izvanrednih električnih, toplinskih i mehaničkih svojstava koja ga čine učinkovitim štitom od EMI-ja. Međutim, mora biti u obliku vrlo tankog filma kako bi imao visoku električnu vodljivost, što je važno za praktične EMI primjene jer znači da materijal može reflektirati i apsorbirati EM valove dok oni stupaju u interakciju s nositeljima naboja unutar to.
Trenutačno glavni načini izrade grafitnog filma uključuju ili visokotemperaturnu pirolizu aromatskih polimera ili slaganje grafen (GO) oksida ili grafenskih nanoploča sloj po sloj. Oba procesa zahtijevaju visoke temperature od oko 3000 °C i vrijeme obrade od sat vremena. U CVD-u su potrebne temperature niže (između 700 i 1300 °C), ali potrebno je nekoliko sati da se naprave nanometarski debeli filmovi, čak iu vakuumu.
Tim predvođen Wencai Renom sada je proizveo visokokvalitetni grafitni film debljine desetaka nanometara u roku od nekoliko sekundi zagrijavanjem folije od nikla na 1200 °C u atmosferi argona i zatim brzim uranjanjem ove folije u etanol na 0 °C. Atomi ugljika nastali razgradnjom etanola difundiraju i otapaju se u niklu zahvaljujući visokoj topivosti ugljika u metalu (0,4 tež. % na 1200 °C). Budući da se ova topljivost ugljika znatno smanjuje na niskoj temperaturi, atomi ugljika se kasnije odvajaju i talože s površine nikla tijekom gašenja, stvarajući debeli grafitni film. Istraživači izvješćuju da izvrsna katalitička aktivnost nikla također pomaže u stvaranju visoko kristalnog grafita.
Koristeći kombinaciju prijenosne mikroskopije visoke razlučivosti, difrakcije X-zraka i Ramanove spektroskopije, Ren i kolege otkrili su da je grafit koji su proizveli visoko kristalan na velikim površinama, dobro slojevit i da nema vidljivih nedostataka. Elektronska vodljivost filma iznosila je čak 2,6 x 105 S/m, slično filmovima uzgojenim CVD ili visokotemperaturnim tehnikama i prešanjem GO/grafenskih filmova.
Kako bi testirali koliko dobro materijal može blokirati EM zračenje, tim je prenio filmove s površinom od 600 mm2 na podloge izrađene od polietilen tereftalata (PET). Zatim su izmjerili EMI zaštitu filma (SE) u frekvencijskom rasponu X-pojasa, između 8,2 i 12,4 GHz. Pronašli su EMI SE veći od 14,92 dB za film debljine približno 77 nm. Ova se vrijednost povećava na više od 20 dB (minimalna vrijednost potrebna za komercijalne primjene) u cijelom X-pojasu kada se skupi više filmova. Doista, 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-pojasa, nadmašujući sve prethodno prijavljene sintetičke materijale.
Istraživači kažu da je, koliko im je poznato, njihov grafitni film najtanji među prijavljenim zaštitnim materijalima, s EMI zaštitnim performansama koje mogu zadovoljiti zahtjeve za komercijalne primjene. Njegova mehanička svojstva također su povoljna. Lomna čvrstoća materijala od otprilike 110 MPa (izdvojeno iz krivulja naprezanje-deformacija materijala postavljenog na polikarbonatnu podlogu) veća je od one grafitnih filmova uzgojenih drugim metodama. Film je također fleksibilan i može se saviti 1000 puta s radijusom savijanja od 5 mm bez gubitka svojstava EMI zaštite. Također je termički stabilan do 550 °C. Tim vjeruje da ova i druga svojstva znače da bi se mogao koristiti kao ultratanak, lagan, fleksibilan i učinkovit EMI zaštitni materijal za primjene u mnogim područjima, uključujući zrakoplovstvo, kao i elektroniku i optoelektroniku.
Pročitajte najznačajnija i najuzbudljivija dostignuća u znanosti o materijalima u ovom novom časopisu otvorenog pristupa.
Physics World predstavlja ključni dio misije IOP Publishinga za komuniciranje istraživanja i inovacija svjetske klase najširoj mogućoj publici. Web stranica čini dio portfelja Physics World, zbirke internetskih, digitalnih i tiskanih informacijskih usluga za globalnu znanstvenu zajednicu.
Vrijeme objave: 7. svibnja 2020