Terima kasih telah mendaftar ke Dunia Fisika. Jika Anda ingin mengubah detail Anda kapan saja, silakan kunjungi Akun saya
Film grafit dapat melindungi perangkat elektronik dari radiasi elektromagnetik (EM), namun teknik pembuatannya saat ini memerlukan waktu beberapa jam dan memerlukan suhu pemrosesan sekitar 3000 °C. Sebuah tim peneliti dari Laboratorium Nasional Ilmu Material Shenyang di Akademi Ilmu Pengetahuan China kini telah mendemonstrasikan cara alternatif untuk membuat film grafit berkualitas tinggi hanya dalam beberapa detik dengan mendinginkan lembaran kertas nikel dalam etanol. Tingkat pertumbuhan film ini dua kali lipat lebih tinggi dibandingkan metode yang ada, dan konduktivitas listrik serta kekuatan mekanik film tersebut setara dengan film yang dibuat menggunakan deposisi uap kimia (CVD).
Semua perangkat elektronik menghasilkan sejumlah radiasi EM. Ketika perangkat menjadi semakin kecil dan beroperasi pada frekuensi yang semakin tinggi, potensi interferensi elektromagnetik (EMI) semakin meningkat, dan dapat berdampak buruk pada kinerja perangkat serta sistem elektronik di sekitarnya.
Grafit, suatu alotrop karbon yang dibangun dari lapisan graphene yang disatukan oleh gaya van der Waals, memiliki sejumlah sifat listrik, termal, dan mekanik yang luar biasa yang menjadikannya perisai efektif terhadap EMI. Namun, bahan tersebut harus berbentuk film yang sangat tipis agar memiliki konduktivitas listrik yang tinggi, yang penting untuk penerapan EMI praktis karena bahan tersebut dapat memantulkan dan menyerap gelombang EM saat berinteraksi dengan pembawa muatan di dalamnya. dia.
Saat ini, cara utama pembuatan film grafit melibatkan pirolisis polimer aromatik suhu tinggi atau menumpuk lembaran nano graphene (GO) oksida atau graphene lapis demi lapis. Kedua proses tersebut memerlukan suhu tinggi sekitar 3000 °C dan waktu pemrosesan satu jam. Dalam CVD, suhu yang dibutuhkan lebih rendah (antara 700 hingga 1300 °C), namun dibutuhkan beberapa jam untuk membuat film setebal nanometer, bahkan dalam ruang hampa.
Sebuah tim yang dipimpin oleh Wencai Ren kini telah memproduksi film grafit berkualitas tinggi setebal puluhan nanometer dalam beberapa detik dengan memanaskan kertas nikel hingga 1200 °C dalam atmosfer argon dan kemudian dengan cepat merendam kertas tersebut dalam etanol pada suhu 0 °C. Atom karbon yang dihasilkan dari penguraian etanol berdifusi dan larut ke dalam nikel berkat kelarutan karbon logam yang tinggi (0,4% berat pada 1200 °C). Karena kelarutan karbon ini menurun drastis pada suhu rendah, atom karbon kemudian terpisah dan mengendap dari permukaan nikel selama pendinginan, menghasilkan lapisan grafit yang tebal. Para peneliti melaporkan bahwa aktivitas katalitik nikel yang sangat baik juga membantu pembentukan grafit yang sangat kristalin.
Dengan menggunakan kombinasi mikroskop transmisi resolusi tinggi, difraksi sinar-X dan spektroskopi Raman, Ren dan rekannya menemukan bahwa grafit yang mereka hasilkan sangat kristalin pada area yang luas, berlapis baik dan tidak mengandung cacat yang terlihat. Konduktivitas elektron film ini mencapai 2,6 x 105 S/m, mirip dengan film yang ditumbuhkan dengan CVD atau teknik suhu tinggi dan pengepresan film GO/graphene.
Untuk menguji seberapa baik bahan tersebut dapat memblokir radiasi EM, tim mentransfer film dengan luas permukaan 600 mm2 ke substrat yang terbuat dari polietilen tereftalat (PET). Mereka kemudian mengukur efektivitas pelindung EMI (SE) film tersebut pada rentang frekuensi X-band, antara 8,2 dan 12,4 GHz. Mereka menemukan EMI SE lebih dari 14,92 dB untuk film dengan ketebalan sekitar 77 nm. Nilai ini meningkat hingga lebih dari 20 dB (nilai minimum yang diperlukan untuk aplikasi komersial) di seluruh pita X ketika mereka menumpuk lebih banyak film secara bersamaan. Memang benar, film yang berisi lima lembar film grafit bertumpuk (ketebalan total sekitar 385 nm) memiliki EMI SE sekitar 28 dB, yang berarti bahan tersebut dapat memblokir 99,84% radiasi yang datang. Secara keseluruhan, tim mengukur perlindungan EMI sebesar 481.000 dB/cm2/g di seluruh pita X, mengungguli semua bahan sintetis yang dilaporkan sebelumnya.
Para peneliti mengatakan bahwa sejauh pengetahuan mereka, film grafit mereka adalah yang paling tipis di antara bahan pelindung yang dilaporkan, dengan kinerja pelindung EMI yang dapat memenuhi persyaratan untuk aplikasi komersial. Sifat mekaniknya juga baik. Kekuatan patah material sekitar 110 MPa (diekstraksi dari kurva tegangan-regangan material yang ditempatkan pada penyangga polikarbonat) lebih tinggi dibandingkan film grafit yang ditumbuhkan dengan metode lain. Film ini juga fleksibel dan dapat ditekuk 1000 kali dengan radius tekukan 5 mm tanpa kehilangan sifat pelindung EMI-nya. Ia juga stabil secara termal hingga 550 °C. Tim percaya bahwa sifat-sifat ini dan lainnya berarti bahwa bahan tersebut dapat digunakan sebagai bahan pelindung EMI yang sangat tipis, ringan, fleksibel dan efektif untuk aplikasi di banyak bidang, termasuk dirgantara serta elektronik dan optoelektronik.
Baca kemajuan paling signifikan dan menarik dalam ilmu material di jurnal akses terbuka baru ini.
Physics World mewakili bagian penting dari misi IOP Publishing untuk mengkomunikasikan penelitian dan inovasi kelas dunia kepada khalayak seluas mungkin. Situs web ini merupakan bagian dari portofolio Physics World, kumpulan layanan informasi online, digital, dan cetak untuk komunitas ilmiah global.
Waktu posting: 07 Mei-2020