Dėkojame, kad užsiregistravote „Physics World“, jei norite bet kada pakeisti savo duomenis, apsilankykite „Mano paskyra“.
Grafito plėvelės gali apsaugoti elektroninius prietaisus nuo elektromagnetinės (EM) spinduliuotės, tačiau dabartinės jų gamybos technologijos užtrunka kelias valandas ir reikalauja maždaug 3000 °C apdorojimo temperatūros. Mokslininkų komanda iš Kinijos mokslų akademijos Šenjango nacionalinės medžiagų mokslo laboratorijos dabar pademonstravo alternatyvų būdą, kaip vos per kelias sekundes pagaminti aukštos kokybės grafito plėveles, gesinant karštas nikelio folijos juosteles etanolyje. Šių plėvelių augimo greitis yra daugiau nei dviem dydžiais didesnis nei taikant esamus metodus, o plėvelių elektrinis laidumas ir mechaninis stiprumas yra tokie patys kaip plėvelių, pagamintų naudojant cheminį nusodinimą iš garų (CVD).
Visi elektroniniai prietaisai sukuria tam tikrą EM spinduliuotę. Įrenginiams vis mažėjant ir veikiant vis aukštesniais dažniais, didėja elektromagnetinių trukdžių (EMI) galimybė ir gali neigiamai paveikti įrenginio bei netoliese esančių elektroninių sistemų veikimą.
Grafitas, anglies alotropas, sudarytas iš grafeno sluoksnių, kuriuos kartu sulaiko van der Waals jėgos, turi daug puikių elektrinių, šiluminių ir mechaninių savybių, dėl kurių jis yra veiksmingas skydas nuo EMI. Tačiau ji turi būti labai plonos plėvelės formos, kad jos elektrinis laidumas būtų didelis, o tai svarbu praktiniam EMI naudojimui, nes tai reiškia, kad medžiaga gali atspindėti ir sugerti EM bangas, kai jos sąveikauja su viduje esančiais krūvininkais. tai.
Šiuo metu pagrindiniai grafito plėvelės gamybos būdai yra aromatinių polimerų pirolizė aukštoje temperatūroje arba grafeno (GO) oksido arba grafeno nanosluoksnių sukrovimas sluoksnis po sluoksnio. Abiem procesams reikalinga aukšta maždaug 3000 °C temperatūra ir valandos apdorojimas. CVD reikalingos temperatūros yra žemesnės (nuo 700 iki 1300 °C), tačiau nanometro storio plėvelėms pagaminti reikia kelių valandų, net ir vakuume.
Wencai Ren vadovaujama komanda dabar per kelias sekundes pagamino aukštos kokybės dešimčių nanometrų storio grafito plėvelę, kaitindama nikelio foliją iki 1200 °C argono atmosferoje ir greitai panardindama šią foliją į 0 °C temperatūros etanolį. Dėl didelio metalo anglies tirpumo (0,4 masės %, esant 1200 °C) anglies atomai, susidarę skaidant etanolį, išsklaido ir ištirpsta į nikelį. Kadangi šis anglies tirpumas labai sumažėja esant žemai temperatūrai, vėliau gesinimo metu anglies atomai atsiskiria ir nusėda nuo nikelio paviršiaus, todėl susidaro stora grafito plėvelė. Tyrėjai praneša, kad puikus katalizinis nikelio aktyvumas taip pat padeda susidaryti labai kristaliniam grafitui.
Naudodami didelės skiriamosios gebos perdavimo mikroskopijos, rentgeno spindulių difrakcijos ir Ramano spektroskopijos derinį, Renas ir kolegos nustatė, kad jų pagamintas grafitas dideliuose plotuose buvo labai kristalinis, gerai sluoksniuotas ir jame nebuvo matomų defektų. Plėvelės elektronų laidumas siekė net 2,6 x 105 S/m, panašus į plėveles, auginamas CVD arba aukštos temperatūros metodais ir spaudžiant GO/grafeno plėveles.
Siekdama patikrinti, kaip medžiaga gali blokuoti EM spinduliuotę, komanda perkėlė 600 mm2 paviršiaus plėveles ant polietileno tereftalato (PET) substratų. Tada jie išmatavo filmo EMI ekranavimo efektyvumą (SE) X juostos dažnių diapazone nuo 8,2 iki 12,4 GHz. Jie nustatė, kad EMI SE yra daugiau nei 14,92 dB maždaug 77 nm storio plėvelei. Ši vertė padidėja iki daugiau nei 20 dB (minimalios vertės, reikalingos komerciniams tikslams) visoje X juostoje, kai jie sujungiami daugiau filmų. Iš tiesų, plėvelės, kurioje yra penki sukrautų grafito plėvelių gabalai (iš viso apie 385 nm storio), EMI SE yra maždaug 28 dB, o tai reiškia, kad medžiaga gali blokuoti 99,84 % krintančios spinduliuotės. Apskritai komanda išmatavo 481 000 dB/cm2/g EMI ekranavimą visoje X juostoje, viršijantį visas anksčiau praneštas sintetines medžiagas.
Tyrėjai teigia, kad, kiek jiems yra žinoma, jų grafito plėvelė yra ploniausia iš praneštų ekranavimo medžiagų, o EMI ekranavimo charakteristikos gali patenkinti komercinio naudojimo reikalavimus. Jo mechaninės savybės taip pat yra palankios. Medžiagos atsparumas plyšimui maždaug 110 MPa (išskirtas iš medžiagos, uždėtos ant polikarbonato atramos, įtempių ir deformacijų kreivių), yra didesnis nei kitais metodais išaugintų grafito plėvelių. Plėvelė taip pat yra lanksti ir gali būti sulenkta 1000 kartų 5 mm lenkimo spinduliu neprarandant EMI ekranavimo savybių. Jis taip pat yra termiškai stabilus iki 550 °C. Komanda mano, kad šios ir kitos savybės reiškia, kad ji gali būti naudojama kaip itin plona, lengva, lanksti ir efektyvi EMI ekranavimo medžiaga, skirta naudoti daugelyje sričių, įskaitant aviaciją, taip pat elektroniką ir optoelektroniką.
Skaitykite apie reikšmingiausius ir įdomiausius medžiagų mokslo pasiekimus šiame naujame atviros prieigos žurnale.
„Physics World“ yra pagrindinė „IOP Publishing“ misijos dalis pasaulinio lygio mokslinius tyrimus ir inovacijas perduoti kuo platesnei auditorijai. Svetainė yra „Physics World“ portfelio dalis – internetinės, skaitmeninės ir spausdintinės informacijos paslaugų rinkinys pasaulinei mokslo bendruomenei.
Paskelbimo laikas: 2020-07-07