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흑연 필름은 전자기(EM) 방사선으로부터 전자 장치를 보호할 수 있지만 이를 제조하는 현재 기술은 몇 시간이 걸리고 약 3000°C의 처리 온도가 필요합니다. 중국과학원 산하 재료과학을 위한 심양 국립연구소 연구팀은 이제 뜨거운 니켈 호일 스트립을 에탄올에서 담금질하여 단 몇 초 만에 고품질 흑연 필름을 만드는 대체 방법을 시연했습니다. 이 필름의 성장 속도는 기존 방법보다 2배 이상 높고, 필름의 전기 전도성과 기계적 강도는 화학 기상 증착(CVD)을 사용하여 만든 필름과 동등합니다.
모든 전자 장치는 약간의 EM 방사선을 생성합니다. 장치가 점점 더 작아지고 더 높은 주파수에서 작동함에 따라 전자기 간섭(EMI)의 가능성이 커지고 장치 성능은 물론 주변 전자 시스템의 성능에도 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.
반 데르 발스 힘에 의해 결합된 그래핀 층으로 구성된 탄소 동소체인 흑연은 EMI를 효과적으로 차단하는 뛰어난 전기적, 열적, 기계적 특성을 가지고 있습니다. 그러나 높은 전기 전도도를 가지려면 매우 얇은 필름 형태여야 하며, 이는 재료가 내부의 전하 캐리어와 상호 작용할 때 EM파를 반사하고 흡수할 수 있기 때문에 실제 EMI 응용 분야에 중요합니다. 그것.
현재 흑연 필름을 만드는 주요 방법은 방향족 고분자를 고온에서 열분해하거나 그래핀(GO) 산화물이나 그래핀 나노시트를 층층이 쌓아 올리는 방법이다. 두 공정 모두 약 3000°C의 고온과 1시간의 처리 시간이 필요합니다. CVD에서는 필요한 온도가 더 낮지만(700~1300°C) 진공 상태에서도 나노미터 두께의 필름을 만드는 데 몇 시간이 걸립니다.
Wencai Ren이 이끄는 팀은 이제 니켈 호일을 아르곤 분위기에서 1200°C로 가열한 다음 이 호일을 0°C의 에탄올에 빠르게 담가서 몇 초 내에 수십 나노미터 두께의 고품질 흑연 필름을 생산했습니다. 에탄올 분해로 생성된 탄소 원자는 금속의 높은 탄소 용해도(1200°C에서 0.4wt%) 덕분에 니켈에 확산 및 용해됩니다. 이 탄소 용해도는 저온에서 크게 감소하기 때문에 탄소 원자는 담금질 중에 니켈 표면에서 분리 및 침전되어 두꺼운 흑연 필름을 생성합니다. 연구진은 니켈의 탁월한 촉매 활성이 고결정성 흑연 형성에도 도움이 된다고 보고했습니다.
고해상도 투과 현미경, X선 회절 및 라만 분광학의 조합을 사용하여 Ren과 동료들은 그들이 생산한 흑연이 넓은 영역에 걸쳐 결정성이 높고 잘 층화되었으며 눈에 보이는 결함이 없음을 발견했습니다. 필름의 전자 전도성은 2.6 x 105 S/m만큼 높았으며, 이는 CVD 또는 고온 기술 및 GO/그래핀 필름의 프레싱으로 성장한 필름과 유사합니다.
재료가 EM 방사선을 얼마나 잘 차단할 수 있는지 테스트하기 위해 팀은 표면적이 600mm2인 필름을 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 만든 기판에 전사했습니다. 그런 다음 8.2~12.4GHz 사이의 X 대역 주파수 범위에서 필름의 EMI 차폐 효과(SE)를 측정했습니다. 그들은 대략 77nm 두께의 필름에 대해 14.92dB 이상의 EMI SE를 발견했습니다. 이 값은 더 많은 필름을 쌓을 때 전체 X-밴드에서 20dB(상업용으로 필요한 최소값) 이상으로 증가합니다. 실제로 5개의 적층된 흑연 필름(총 두께 약 385nm)을 포함하는 필름의 EMI SE는 약 28dB입니다. 이는 해당 재료가 입사 방사선의 99.84%를 차단할 수 있음을 의미합니다. 전반적으로 팀은 X-밴드 전체에서 481,000dB/cm2/g의 EMI 차폐를 측정했는데, 이는 이전에 보고된 모든 합성 재료보다 성능이 뛰어났습니다.
연구원들은 그들이 아는 한, 흑연 필름이 보고된 차폐 재료 중에서 가장 얇으며, EMI 차폐 성능이 상업용 응용 분야의 요구 사항을 충족할 수 있다고 말합니다. 기계적 성질도 좋습니다. 약 110 MPa(폴리카보네이트 지지대에 배치된 재료의 응력-변형 곡선에서 추출)에 해당하는 재료의 파괴 강도는 다른 방법으로 성장한 흑연 필름의 파괴 강도보다 높습니다. 필름은 유연하며 EMI 차폐 특성을 잃지 않고 굽힘 반경 5mm로 1000회 구부릴 수 있습니다. 또한 최대 550°C까지 열적으로 안정적입니다. 팀은 이러한 특성과 기타 특성이 항공우주는 물론 전자 및 광전자공학을 포함한 다양한 분야의 응용 분야에 초박형, 경량, 유연하고 효과적인 EMI 차폐 재료로 사용될 수 있음을 의미한다고 믿습니다.
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게시 시간: 2020년 5월 7일