Paldies, ka reģistrējāties Physics World Ja vēlaties jebkurā laikā mainīt savu informāciju, lūdzu, apmeklējiet Mans konts
Grafīta plēves var aizsargāt elektroniskās ierīces no elektromagnētiskā (EM) starojuma, taču pašreizējās to izgatavošanas metodes aizņem vairākas stundas un prasa aptuveni 3000 °C apstrādes temperatūru. Pētnieku komanda no Ķīnas Zinātņu akadēmijas Šenjanas Nacionālās materiālu zinātnes laboratorijas tagad ir parādījusi alternatīvu veidu, kā dažās sekundēs izgatavot augstas kvalitātes grafīta plēves, etanolā atdzesējot karstas niķeļa folijas sloksnes. Šo plēvju augšanas ātrums ir vairāk nekā par divām kārtām lielāks nekā esošajās metodēs, un plēvju elektriskā vadītspēja un mehāniskā izturība ir līdzvērtīga plēvēm, kas izgatavotas, izmantojot ķīmisko tvaiku pārklāšanu (CVD).
Visas elektroniskās ierīces rada zināmu EM starojumu. Tā kā ierīces kļūst arvien mazākas un darbojas augstākās un augstākās frekvencēs, palielinās elektromagnētisko traucējumu (EMI) iespējamība, kas var negatīvi ietekmēt ierīces, kā arī tuvumā esošo elektronisko sistēmu veiktspēju.
Grafītam, oglekļa allotropam, kas veidots no grafēna slāņiem, ko kopā satur van der Vāls spēki, ir vairākas ievērojamas elektriskās, termiskās un mehāniskās īpašības, kas padara to par efektīvu vairogu pret EMI. Tomēr tam ir jābūt ļoti plānas plēves formā, lai tam būtu augsta elektrovadītspēja, kas ir svarīgi praktiskiem EMI lietojumiem, jo tas nozīmē, ka materiāls var atspoguļot un absorbēt EM viļņus, kad tie mijiedarbojas ar lādiņa nesējiem iekšpusē. to.
Pašlaik galvenie grafīta plēves veidošanas veidi ir vai nu aromātisko polimēru pirolīze augstā temperatūrā, vai grafēna (GO) oksīda vai grafēna nanoloksnes sakraušana pa slānim. Abiem procesiem nepieciešama augsta temperatūra aptuveni 3000 °C un apstrādes laiks stundu. CVD vajadzīgās temperatūras ir zemākas (no 700 līdz 1300 °C), taču nanometru biezas plēves izveidošana pat vakuumā prasa dažas stundas.
Wencai Ren vadītā komanda tagad dažu sekunžu laikā ir izveidojusi augstas kvalitātes grafīta plēvi desmitiem nanometru biezumā, karsējot niķeļa foliju līdz 1200 °C argona atmosfērā un pēc tam ātri iegremdējot šo foliju etanolā 0 °C temperatūrā. Oglekļa atomi, kas rodas, sadaloties etanolam, izkliedējas un izšķīst niķelī, pateicoties metāla augstajai oglekļa šķīdībai (0,4 masas% 1200 °C temperatūrā). Tā kā šī oglekļa šķīdība zemā temperatūrā ievērojami samazinās, oglekļa atomi pēc tam atdalās un nogulsnējas no niķeļa virsmas dzēšanas laikā, veidojot biezu grafīta plēvi. Pētnieki ziņo, ka niķeļa lieliskā katalītiskā aktivitāte veicina arī ļoti kristāliska grafīta veidošanos.
Izmantojot augstas izšķirtspējas pārraides mikroskopijas, rentgenstaru difrakcijas un Ramana spektroskopijas kombināciju, Ren un kolēģi atklāja, ka viņu ražotais grafīts lielās platībās ir ļoti kristālisks, labi slāņots un nesatur redzamus defektus. Plēves elektronu vadītspēja bija 2, 6 x 105 S/m, līdzīgi kā plēvēm, kas audzētas ar CVD vai augstas temperatūras metodēm un presējot GO/grafēna plēves.
Lai pārbaudītu, cik labi materiāls var bloķēt EM starojumu, komanda pārnesa plēves ar virsmas laukumu 600 mm2 uz substrātiem, kas izgatavoti no polietilēntereftalāta (PET). Pēc tam viņi izmēra filmas EMI ekranēšanas efektivitāti (SE) X-joslas frekvenču diapazonā no 8,2 līdz 12,4 GHz. Viņi konstatēja, ka EMI SE ir vairāk nekā 14,92 dB apmēram 77 nm biezai plēvei. Šī vērtība palielinās līdz vairāk nekā 20 dB (minimālā vērtība, kas nepieciešama komerciāliem lietojumiem) visā X joslā, kad tās saliek kopā vairāk filmu. Patiešām, plēvei, kurā ir pieci sakrautu grafīta plēvju gabali (kopā aptuveni 385 nm biezumā), EMI SE ir aptuveni 28 dB, kas nozīmē, ka materiāls var bloķēt 99,84% krītošā starojuma. Kopumā komanda izmērīja EMI ekranējumu 481 000 dB/cm2/g X joslā, pārspējot visus iepriekš ziņotos sintētiskos materiālus.
Pētnieki saka, ka, cik viņiem ir zināms, viņu grafīta plēve ir visplānākā starp ziņotajiem ekranēšanas materiāliem ar EMI ekranēšanas veiktspēju, kas var apmierināt komerciālu lietojumu prasības. Tā mehāniskās īpašības ir arī labvēlīgas. Materiāla lūzuma izturība aptuveni 110 MPa (izmantota no materiāla sprieguma un deformācijas līknēm, kas novietota uz polikarbonāta balsta) ir augstāka nekā grafīta plēvēm, kas audzētas ar citām metodēm. Plēve ir arī elastīga, un to var saliekt 1000 reizes ar lieces rādiusu 5 mm, nezaudējot EMI ekranēšanas īpašības. Tas ir arī termiski stabils līdz 550 °C. Komanda uzskata, ka šīs un citas īpašības nozīmē, ka to var izmantot kā īpaši plānu, vieglu, elastīgu un efektīvu EMI aizsargmateriālu daudzās jomās, tostarp aviācijā, kā arī elektronikā un optoelektronikā.
Izlasiet nozīmīgākos un aizraujošākos sasniegumus materiālu zinātnē šajā jaunajā atvērtās piekļuves žurnālā.
Fizikas pasaule ir galvenā daļa no IOP Publishing misijas, lai pēc iespējas plašākai auditorijai komunicētu pasaules līmeņa pētniecību un inovācijas. Vietne ir daļa no Physics World portfeļa, tiešsaistes, digitālās un drukātās informācijas pakalpojumu kolekcijas globālajai zinātnieku kopienai.
Ievietošanas laiks: 07.07.2020