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Os filmes de grafite podem proteger dispositivos eletrônicos da radiação eletromagnética (EM), mas as técnicas atuais para fabricá-los levam várias horas e exigem temperaturas de processamento de cerca de 3.000 °C. Uma equipe de pesquisadores do Laboratório Nacional de Shenyang para Ciência de Materiais da Academia Chinesa de Ciências demonstrou agora uma maneira alternativa de fazer filmes de grafite de alta qualidade em apenas alguns segundos, extinguindo tiras quentes de folha de níquel em etanol. A taxa de crescimento desses filmes é mais de duas ordens de grandeza maior do que nos métodos existentes, e a condutividade elétrica e a resistência mecânica dos filmes estão no mesmo nível das dos filmes feitos por deposição química de vapor (CVD).
Todos os dispositivos eletrônicos produzem alguma radiação EM. À medida que os dispositivos se tornam cada vez menores e operam em frequências cada vez mais altas, o potencial de interferência eletromagnética (EMI) aumenta e pode afetar negativamente o desempenho do dispositivo, bem como o dos sistemas eletrônicos próximos.
A grafite, um alótropo de carbono construído a partir de camadas de grafeno unidas pelas forças de van der Waals, possui uma série de propriedades elétricas, térmicas e mecânicas notáveis que o tornam um escudo eficaz contra EMI. No entanto, ele precisa estar na forma de um filme muito fino para ter alta condutividade elétrica, o que é importante para aplicações práticas de EMI porque significa que o material pode refletir e absorver ondas EM à medida que interagem com os portadores de carga internos. isto.
Atualmente, as principais formas de fazer filmes de grafite envolvem a pirólise de polímeros aromáticos em alta temperatura ou o empilhamento de óxido de grafeno (GO) ou nanofolhas de grafeno, camada por camada. Ambos os processos requerem altas temperaturas de cerca de 3.000 °C e tempos de processamento de uma hora. Na DCV, as temperaturas exigidas são mais baixas (entre 700 e 1300 °C), mas são necessárias algumas horas para produzir filmes com espessura nanométrica, mesmo no vácuo.
Uma equipe liderada por Wencai Ren produziu agora filme de grafite de alta qualidade com dezenas de nanômetros de espessura em poucos segundos, aquecendo uma folha de níquel a 1200 ° C em uma atmosfera de argônio e depois imergindo rapidamente essa folha em etanol a 0 ° C. Os átomos de carbono produzidos a partir da decomposição do etanol se difundem e se dissolvem no níquel graças à alta solubilidade do carbono do metal (0,4% em peso a 1200 °C). Como a solubilidade do carbono diminui muito em baixas temperaturas, os átomos de carbono subsequentemente segregam e precipitam da superfície do níquel durante a têmpera, produzindo um filme espesso de grafite. Os pesquisadores relatam que a excelente atividade catalítica do níquel também auxilia na formação de grafite altamente cristalina.
Usando uma combinação de microscopia de transmissão de alta resolução, difração de raios X e espectroscopia Raman, Ren e colegas descobriram que a grafite que produziram era altamente cristalina em grandes áreas, bem em camadas e não continha defeitos visíveis. A condutividade eletrônica do filme chegou a 2,6 x 105 S/m, semelhante a filmes cultivados por CVD ou técnicas de alta temperatura e prensagem de filmes GO/grafeno.
Para testar até que ponto o material poderia bloquear a radiação EM, a equipe transferiu filmes com área superficial de 600 mm2 para substratos feitos de tereftalato de polietileno (PET). Eles então mediram a eficácia da blindagem EMI (SE) do filme na faixa de frequência da banda X, entre 8,2 e 12,4 GHz. Eles encontraram um EMI SE de mais de 14,92 dB para um filme de aproximadamente 77 nm de espessura. Este valor aumenta para mais de 20 dB (o valor mínimo exigido para aplicações comerciais) em toda a banda X quando empilham mais filmes juntos. Na verdade, um filme contendo cinco pedaços de filmes de grafite empilhados (cerca de 385 nm de espessura no total) tem um EMI SE de cerca de 28 dB, o que significa que o material pode bloquear 99,84% da radiação incidente. No geral, a equipe mediu uma blindagem EMI de 481.000 dB/cm2/g em toda a banda X, superando todos os materiais sintéticos relatados anteriormente.
Os pesquisadores afirmam que, até onde sabem, seu filme de grafite é o mais fino entre os materiais de blindagem relatados, com um desempenho de blindagem EMI que pode satisfazer os requisitos para aplicações comerciais. Suas propriedades mecânicas também são favoráveis. A resistência à fratura do material de aproximadamente 110 MPa (extraída das curvas tensão-deformação do material colocado sobre um suporte de policarbonato) é maior do que a dos filmes de grafite cultivados pelos outros métodos. O filme também é flexível e pode ser dobrado 1.000 vezes com um raio de curvatura de 5 mm sem perder suas propriedades de blindagem EMI. Também é termicamente estável até 550 °C. A equipe acredita que essas e outras propriedades significam que ele poderia ser usado como um material de blindagem EMI ultrafino, leve, flexível e eficaz para aplicações em muitas áreas, incluindo aeroespacial, bem como eletrônica e optoeletrônica.
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Horário da postagem: 07 de maio de 2020