Terima kasih kerana mendaftar dengan Physics World Jika anda ingin menukar butiran anda pada bila-bila masa, sila lawati Akaun Saya
Filem grafit boleh melindungi peranti elektronik daripada sinaran elektromagnet (EM), tetapi teknik semasa untuk pembuatannya mengambil masa beberapa jam dan memerlukan suhu pemprosesan sekitar 3000 °C. Satu pasukan penyelidik dari Makmal Kebangsaan Sains Bahan Shenyang di Akademi Sains China kini telah menunjukkan cara alternatif untuk membuat filem grafit berkualiti tinggi dalam hanya beberapa saat dengan memadamkan jalur panas kerajang nikel dalam etanol. Kadar pertumbuhan untuk filem ini adalah lebih daripada dua urutan magnitud lebih tinggi daripada kaedah sedia ada, dan kekonduksian elektrik dan kekuatan mekanikal filem adalah setanding dengan filem yang dibuat menggunakan pemendapan wap kimia (CVD).
Semua peranti elektronik menghasilkan beberapa sinaran EM. Apabila peranti menjadi semakin kecil dan beroperasi pada frekuensi yang lebih tinggi dan lebih tinggi, potensi gangguan elektromagnet (EMI) meningkat, dan boleh menjejaskan prestasi peranti serta sistem elektronik berdekatan.
Grafit, alotrop karbon yang dibina daripada lapisan graphene yang disatukan oleh daya van der Waals, mempunyai beberapa sifat elektrik, haba dan mekanikal yang luar biasa yang menjadikannya perisai yang berkesan terhadap EMI. Walau bagaimanapun, ia perlu dalam bentuk filem yang sangat nipis untuk mempunyai kekonduksian elektrik yang tinggi, yang penting untuk aplikasi EMI praktikal kerana ini bermakna bahan itu boleh memantulkan dan menyerap gelombang EM semasa ia berinteraksi dengan pembawa cas di dalamnya. ia.
Pada masa ini, cara utama untuk membuat filem grafit melibatkan sama ada pirolisis suhu tinggi polimer aromatik atau menyusun graphene (GO) oksida atau lembaran nano graphene lapisan demi lapisan. Kedua-dua proses memerlukan suhu tinggi sekitar 3000 °C dan masa pemprosesan selama satu jam. Dalam CVD, suhu yang diperlukan adalah lebih rendah (antara 700 hingga 1300 °C), tetapi ia mengambil masa beberapa jam untuk membuat filem setebal nanometer, walaupun dalam vakum.
Pasukan yang diketuai oleh Wencai Ren kini telah menghasilkan filem grafit berkualiti tinggi berpuluh-puluh nanometer tebal dalam masa beberapa saat dengan memanaskan kerajang nikel kepada 1200 °C dalam suasana argon dan kemudian merendam kerajang ini dengan cepat dalam etanol pada 0 °C. Atom karbon yang dihasilkan daripada penguraian etanol meresap dan larut ke dalam nikel berkat keterlarutan karbon tinggi logam (0.4 wt% pada 1200 °C). Kerana keterlarutan karbon ini sangat berkurangan pada suhu rendah, atom karbon kemudiannya mengasingkan dan memendakan daripada permukaan nikel semasa pelindapkejutan, menghasilkan filem grafit tebal. Para penyelidik melaporkan bahawa aktiviti pemangkin nikel yang sangat baik juga membantu pembentukan grafit yang sangat berhablur.
Menggunakan gabungan mikroskop penghantaran resolusi tinggi, pembelauan sinar-X dan spektroskopi Raman, Ren dan rakan sekerja mendapati bahawa grafit yang mereka hasilkan adalah sangat hablur di kawasan yang luas, berlapis dengan baik dan tidak mengandungi kecacatan yang boleh dilihat. Kekonduksian elektron filem adalah setinggi 2.6 x 105 S/m, serupa dengan filem yang ditanam oleh CVD atau teknik suhu tinggi dan menekan filem GO/graphene.
Untuk menguji sejauh mana bahan itu boleh menyekat sinaran EM, pasukan memindahkan filem dengan luas permukaan 600 mm2 ke substrat yang diperbuat daripada polietilena tereftalat (PET). Mereka kemudian mengukur keberkesanan pelindung EMI (SE) filem dalam julat frekuensi jalur X, antara 8.2 dan 12.4 GHz. Mereka menemui EMI SE lebih daripada 14.92 dB untuk filem setebal kira-kira 77 nm. Nilai ini meningkat kepada lebih daripada 20 dB (nilai minimum yang diperlukan untuk aplikasi komersial) dalam keseluruhan jalur X apabila mereka menyusun lebih banyak filem bersama-sama. Sesungguhnya, filem yang mengandungi lima keping filem grafit bertindan (kira-kira 385 nm tebal keseluruhannya) mempunyai EMI SE sekitar 28 dB, yang bermaksud bahawa bahan itu boleh menyekat 99.84% sinaran kejadian. Secara keseluruhannya, pasukan mengukur perisai EMI sebanyak 481,000 dB/cm2/g merentasi jalur-X, mengatasi semua bahan sintetik yang dilaporkan sebelum ini.
Para penyelidik mengatakan bahawa sepanjang pengetahuan mereka, filem grafit mereka adalah yang paling nipis antara bahan perisai yang dilaporkan, dengan prestasi perisai EMI yang boleh memenuhi keperluan untuk aplikasi komersial. Sifat mekanikalnya juga menggalakkan. Kekuatan patah bahan kira-kira 110 MPa (diekstrak daripada lengkung tegasan-terikan bahan yang diletakkan pada sokongan polikarbonat) adalah lebih tinggi daripada filem grafit yang ditanam dengan kaedah lain. Filem ini juga fleksibel dan boleh dibengkokkan 1000 kali dengan jejari lentur 5 mm tanpa kehilangan sifat perisai EMInya. Ia juga stabil dari segi haba sehingga 550 °C. Pasukan ini percaya bahawa sifat ini dan lain-lain bermakna ia boleh digunakan sebagai bahan pelindung EMI ultranipis, ringan, fleksibel dan berkesan untuk aplikasi dalam banyak bidang, termasuk aeroangkasa serta elektronik dan optoelektronik.
Baca kemajuan paling ketara dan menarik dalam sains bahan dalam jurnal akses terbuka baharu ini.
Dunia Fizik mewakili bahagian penting dalam misi Penerbitan IOP untuk menyampaikan penyelidikan dan inovasi bertaraf dunia kepada khalayak seluas-luasnya. Laman web ini merupakan sebahagian daripada portfolio Dunia Fizik, koleksi perkhidmatan maklumat dalam talian, digital dan cetakan untuk komuniti saintifik global.
Masa siaran: Mei-07-2020