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グラファイト フィルムは電子デバイスを電磁 (EM) 放射からシールドできますが、現在の製造技術では数時間かかり、約 3000 °C の加工温度が必要です。中国科学院瀋陽国立材料科学研究所の研究者チームは、熱したニッケル箔のストリップをエタノール中で急冷することで、わずか数秒で高品質のグラファイトフィルムを製造する別の方法を実証した。これらの膜の成長速度は既存の方法よりも 2 桁以上速く、膜の導電性と機械的強度は化学気相成長 (CVD) を使用して作成された膜と同等です。
すべての電子機器はある程度の EM 放射線を生成します。デバイスがますます小型化し、より高い周波数で動作するにつれて、電磁干渉 (EMI) の可能性が増大し、デバイスだけでなく近くの電子システムのパフォーマンスにも悪影響を与える可能性があります。
ファンデルワールス力によってグラフェンの層が結合して作られた炭素の同素体であるグラファイトは、EMI に対する効果的なシールドとなる多くの優れた電気的、熱的、機械的特性を備えています。ただし、高い導電率を持つためには非常に薄いフィルムの形にする必要があります。これは、材料が内部の電荷キャリアと相互作用する際に EM 波を反射および吸収できることを意味するため、実際の EMI アプリケーションにとって重要です。それ。
現在、グラファイトフィルムを製造する主な方法には、芳香族ポリマーの高温熱分解か、酸化グラフェン（GO）またはグラフェンナノシートを層ごとに積み重ねることが含まれます。どちらのプロセスも約 3000 °C の高温と 1 時間の処理時間を必要とします。 CVD では必要な温度は低くなります (700 ～ 1300 °C) が、真空中でもナノメートルの厚さの膜を作成するには数時間かかります。
Wencai Ren氏率いるチームは、アルゴン雰囲気中でニッケル箔を1200℃に加熱し、この箔を0℃のエタノールに急速浸漬することにより、数秒以内に厚さ数十ナノメートルの高品質グラファイトフィルムを製造した。エタノールの分解で生成された炭素原子は、金属の高い炭素溶解度 (1200 °C で 0.4 wt%) のおかげでニッケルに拡散して溶解します。この炭素の溶解度は低温では大幅に低下するため、焼入れ中に炭素原子がニッケル表面から分離して析出し、厚いグラファイト膜が形成されます。研究者らは、ニッケルの優れた触媒活性も高結晶性グラファイトの形成を促進すると報告しています。
Renらは、高解像度透過顕微鏡、X線回折、ラマン分光法を組み合わせて、製造したグラファイトが広い領域にわたって結晶性が高く、よく層状になっており、目に見える欠陥を含まないことを発見した。この膜の電子伝導率は 2.6 x 105 S/m と高く、CVD または高温技術および GO/グラフェン膜のプレスによって成長させた膜と同様でした。
この材料がどの程度電磁放射線を遮断できるかをテストするために、チームは表面積 600 mm2 のフィルムをポリエチレン テレフタレート (PET) 製の基板に転写しました。次に、8.2 ～ 12.4 GHz の X バンド周波数範囲でフィルムの EMI シールド効果 (SE) を測定しました。彼らは、厚さ約 77 nm の膜で 14.92 dB を超える EMI SE を発見しました。より多くのフィルムを積層すると、この値は X バンド全体で 20 dB (商業用途に必要な最小値) を超えて増加します。実際、5 枚の積層グラファイト フィルム (合計厚さ約 385 nm) を含むフィルムの EMI SE は約 28 dB であり、これは、この材料が入射放射線の 99.84% をブロックできることを意味します。全体として、チームは X バンド全体で 481,000 dB/cm2/g の EMI シールドを測定し、これまでに報告されたすべての合成材料を上回りました。
研究者らは、知る限り、同社のグラファイトフィルムは報告されているシールド材の中で最も薄く、商業用途の要件を満たすEMIシールド性能を備えていると述べている。機械的特性も良好です。この材料の破壊強度は約 110 MPa (ポリカーボネート支持体上に置かれた材料の応力-ひずみ曲線から抽出) であり、他の方法で成長させたグラファイト フィルムよりも高いです。フィルムは柔軟性もあり、曲げ半径 5 mm で 1000 回曲げても EMI シールド特性を損なうことがありません。熱的にも 550 °C まで安定です。研究チームは、これらの特性やその他の特性により、この材料が極薄、軽量、柔軟で効果的な EMI シールド材料として、航空宇宙、エレクトロニクス、オプトエレクトロニクスを含む多くの分野の用途に使用できると考えています。
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投稿時間: 2020 年 5 月 7 日