Köszönjük, hogy regisztrált a Physics World oldalára. Ha bármikor módosítani szeretné adatait, látogasson el a Fiókom oldalra
A grafitfóliák képesek védeni az elektronikus eszközöket az elektromágneses (EM) sugárzástól, de a jelenlegi gyártási technikák több órát vesznek igénybe, és 3000 °C körüli feldolgozási hőmérsékletet igényelnek. A Kínai Tudományos Akadémia Shenyang Nemzeti Anyagtudományi Laboratóriumának kutatócsoportja most egy alternatív módszert mutatott be, amellyel néhány másodperc alatt kiváló minőségű grafitfóliákat lehet készíteni forró nikkelfóliacsíkok etanolban való kioltásával. Ezeknek a filmeknek a növekedési üteme több mint két nagyságrenddel nagyobb, mint a meglévő módszereknél, és a fóliák elektromos vezetőképessége és mechanikai szilárdsága megegyezik a kémiai gőzleválasztással (CVD) készült filmekével.
Valamennyi elektronikus eszköz EM sugárzást bocsát ki. Ahogy az eszközök egyre kisebbek lesznek, és egyre magasabb frekvencián működnek, az elektromágneses interferencia (EMI) lehetősége nő, és hátrányosan befolyásolhatja az eszköz, valamint a közeli elektronikus rendszerek teljesítményét.
A grafit, a van der Waals erők által összetartott grafénrétegekből épült szén allotróp, számos figyelemre méltó elektromos, termikus és mechanikai tulajdonsággal rendelkezik, amelyek hatékony pajzsot jelentenek az EMI ellen. Azonban nagyon vékony filmnek kell lennie ahhoz, hogy nagy elektromos vezetőképességgel rendelkezzen, ami fontos a gyakorlati EMI alkalmazásokhoz, mert ez azt jelenti, hogy az anyag képes visszaverni és elnyelni az EM hullámokat, amikor kölcsönhatásba lépnek a benne lévő töltéshordozókkal. azt.
Jelenleg a grafitfólia előállításának fő módja az aromás polimerek magas hőmérsékletű pirolízise, vagy a grafén (GO) oxid vagy grafén nanorétegek rétegenkénti felrakása. Mindkét eljárás magas, 3000 °C körüli hőmérsékletet és egy órás feldolgozási időt igényel. A CVD-ben a szükséges hőmérsékletek alacsonyabbak (700 és 1300 °C között), de néhány órát vesz igénybe a nanométer vastag filmek elkészítése, még vákuumban is.
A Wencai Ren vezette csapat most néhány másodperc alatt kiváló minőségű, több tíz nanométer vastag grafitfilmet állított elő úgy, hogy a nikkelfóliát argonatmoszférában 1200 °C-ra hevítették, majd ezt a fóliát gyorsan 0 °C-os etanolba merítik. Az etanol bomlásakor keletkező szénatomok a fém nagy szénoldékonyságának (1200 °C-on 0,4 tömeg%) diffundálnak és nikkelbe oldódnak. Mivel ez a szén oldhatósága alacsony hőmérsékleten nagymértékben csökken, a szénatomok ezt követően leválik és kicsapódnak a nikkel felületéről a kioltás során, vastag grafitfilmet hozva létre. A kutatók arról számolnak be, hogy a nikkel kiváló katalitikus aktivitása elősegíti az erősen kristályos grafit képződését is.
A nagyfelbontású transzmissziós mikroszkópia, röntgendiffrakciós és Raman-spektroszkópia kombinációjával Ren és munkatársai azt találták, hogy az általuk előállított grafit nagy területeken erősen kristályos, jól rétegzett és nem tartalmaz látható hibákat. A film elektronvezető képessége elérte a 2,6 x 105 S/m-t, hasonlóan a CVD-vel vagy magas hőmérsékletű technikával termesztett filmekhez és a GO/grafén fóliák préseléséhez.
Annak tesztelésére, hogy az anyag mennyire képes blokkolni az EM sugárzást, a csapat 600 mm2 felületű filmeket vitt át polietilén-tereftalátból (PET) készült hordozókra. Ezután megmérték a film EMI árnyékolási hatékonyságát (SE) az X-sáv frekvenciatartományában, 8,2 és 12,4 GHz között. Egy körülbelül 77 nm vastag filmnél több mint 14,92 dB EMI SE-t találtak. Ez az érték több mint 20 dB-re nő (a kereskedelmi alkalmazásokhoz szükséges minimális érték) a teljes X-sávban, ha több filmet helyeznek egymásra. Valójában egy öt darab egymásra helyezett grafitfóliát (összesen körülbelül 385 nm vastagságú) tartalmazó film EMI SE értéke körülbelül 28 dB, ami azt jelenti, hogy az anyag a beeső sugárzás 99,84%-át képes blokkolni. Összességében a csapat 481 000 dB/cm2/g EMI-árnyékolást mért az X-sávon, ami felülmúlja az összes korábban bejelentett szintetikus anyagot.
A kutatók azt mondják, hogy legjobb tudásuk szerint a grafitfóliájuk a legvékonyabb a bejelentett árnyékoló anyagok között, olyan EMI-árnyékolási teljesítményével, amely kielégíti a kereskedelmi alkalmazások követelményeit. Mechanikai tulajdonságai is kedvezőek. Az anyag nagyjából 110 MPa törésszilárdsága (a polikarbonát hordozóra helyezett anyag feszültség-nyúlás görbéiből kinyerve) nagyobb, mint a többi módszerrel növesztett grafit fóliáé. A fólia is rugalmas, és 5 mm-es hajlítási sugárral 1000-szer hajlítható anélkül, hogy elveszítené EMI-árnyékoló tulajdonságait. 550 °C-ig termikusan is stabil. A csapat úgy véli, hogy ezek és más tulajdonságok azt jelentik, hogy ultravékony, könnyű, rugalmas és hatékony EMI-árnyékoló anyagként használható számos területen, beleértve a repülést, valamint az elektronikát és az optoelektronikát.
Olvassa el az anyagtudomány legjelentősebb és legizgalmasabb vívmányait ebben az új nyílt hozzáférésű folyóiratban.
A Physics World kulcsfontosságú részét képezi az IOP Publishing küldetésének, hogy világszínvonalú kutatást és innovációt kommunikáljon a lehető legszélesebb közönséggel. A weboldal a Physics World portfólió részét képezi, amely online, digitális és nyomtatott információs szolgáltatások gyűjteménye a globális tudományos közösség számára.
Feladás időpontja: 2020-07-07