Ďakujeme, že ste sa zaregistrovali do Physics World Ak budete chcieť kedykoľvek zmeniť svoje údaje, navštívte stránku Môj účet
Grafitové fólie môžu tieniť elektronické zariadenia pred elektromagnetickým (EM) žiarením, ale súčasné techniky na ich výrobu trvajú niekoľko hodín a vyžadujú teploty spracovania okolo 3000 °C. Tím výskumníkov z Národného laboratória pre materiálové vedy v Shenyangu pri Čínskej akadémii vied teraz demonštroval alternatívny spôsob výroby vysokokvalitných grafitových filmov len za pár sekúnd kalením horúcich pásov niklovej fólie v etanole. Rýchlosť rastu týchto fólií je o viac ako dva rády vyššia ako pri existujúcich metódach a elektrická vodivosť a mechanická pevnosť fólií sú na rovnakej úrovni ako pri fóliách vyrobených pomocou chemického nanášania pár (CVD).
Všetky elektronické zariadenia produkujú určité množstvo EM žiarenia. Ako sa zariadenia zmenšujú a pracujú na vyšších a vyšších frekvenciách, zvyšuje sa potenciál elektromagnetického rušenia (EMI) a môže nepriaznivo ovplyvniť výkon zariadenia, ako aj blízkych elektronických systémov.
Grafit, alotróp uhlíka vytvorený z vrstiev grafénu držaných pohromade van der Waalsovými silami, má množstvo pozoruhodných elektrických, tepelných a mechanických vlastností, ktoré z neho robia účinný štít proti EMI. Musí však byť vo forme veľmi tenkého filmu, aby mal vysokú elektrickú vodivosť, čo je dôležité pre praktické aplikácie EMI, pretože to znamená, že materiál môže odrážať a absorbovať EM vlny, keď interagujú s nosičmi náboja vo vnútri. to.
V súčasnosti medzi hlavné spôsoby výroby grafitového filmu patrí buď vysokoteplotná pyrolýza aromatických polymérov, alebo vrstvenie nanovrstvy oxidu grafénu (GO) alebo grafénu po vrstve. Oba procesy vyžadujú vysoké teploty okolo 3000 °C a dobu spracovania hodinu. Pri CVD sú požadované teploty nižšie (medzi 700 až 1300 °C), no výroba nanometrových filmov trvá aj vo vákuu niekoľko hodín.
Tím vedený Wencai Renom teraz vyrobil vysokokvalitný grafitový film s hrúbkou desiatok nanometrov v priebehu niekoľkých sekúnd zahriatím niklovej fólie na 1200 °C v argónovej atmosfére a následným rýchlym ponorením tejto fólie do etanolu pri 0 °C. Atómy uhlíka produkované rozkladom etanolu difundujú a rozpúšťajú sa do niklu vďaka vysokej rozpustnosti kovu v uhlíku (0,4 % hmotn. pri 1200 °C). Pretože táto rozpustnosť uhlíka pri nízkej teplote výrazne klesá, atómy uhlíka sa následne počas kalenia oddeľujú a vyzrážajú z povrchu niklu, čím vzniká hustý grafitový film. Vedci uvádzajú, že vynikajúca katalytická aktivita niklu tiež napomáha tvorbe vysoko kryštalického grafitu.
Použitím kombinácie transmisnej mikroskopie s vysokým rozlíšením, röntgenovej difrakcie a Ramanovej spektroskopie Ren a kolegovia zistili, že grafit, ktorý vyrobili, bol na veľkých plochách vysoko kryštalický, dobre vrstvený a neobsahoval žiadne viditeľné defekty. Elektrónová vodivosť filmu bola až 2, 6 x 105 S / m, podobne ako filmy pestované pomocou CVD alebo vysokoteplotných techník a lisovania GO / grafénových filmov.
Aby sa otestovalo, ako dobre môže materiál blokovať EM žiarenie, tím preniesol filmy s povrchom 600 mm2 na substráty vyrobené z polyetyléntereftalátu (PET). Potom zmerali účinnosť tienenia EMI (SE) filmu vo frekvenčnom pásme X, medzi 8,2 a 12,4 GHz. Zistili EMI SE viac ako 14,92 dB pre film s hrúbkou približne 77 nm. Táto hodnota sa zvýši na viac ako 20 dB (minimálna hodnota požadovaná pre komerčné aplikácie) v celom pásme X, keď sa naskladá viac filmov. Fólia obsahujúca päť kusov vrstvených grafitových fólií (celkovo s hrúbkou okolo 385 nm) má EMI SE okolo 28 dB, čo znamená, že materiál môže blokovať 99,84 % dopadajúceho žiarenia. Celkovo tím nameral tienenie EMI 481 000 dB/cm2/g v pásme X, čím prekonalo všetky predtým uvádzané syntetické materiály.
Vedci tvrdia, že podľa ich najlepšieho vedomia je ich grafitový film najtenší medzi uvádzanými tieniacimi materiálmi s výkonom tienenia EMI, ktorý môže uspokojiť požiadavky na komerčné aplikácie. Priaznivé sú aj jeho mechanické vlastnosti. Lomová pevnosť materiálu približne 110 MPa (odčítaná z kriviek napätie-deformácia materiálu umiestneného na polykarbonátovom nosiči) je vyššia ako u grafitových filmov pestovaných inými metódami. Fólia je tiež flexibilná a možno ju ohnúť 1000-krát s polomerom ohybu 5 mm bez straty vlastností tienenia EMI. Je tiež tepelne stabilný až do 550 °C. Tím sa domnieva, že tieto a ďalšie vlastnosti znamenajú, že by sa mohol použiť ako ultratenký, ľahký, flexibilný a účinný tieniaci materiál proti EMI pre aplikácie v mnohých oblastiach vrátane letectva, ako aj elektroniky a optoelektroniky.
Prečítajte si najvýznamnejšie a vzrušujúce pokroky vo vede o materiáloch v tomto novom časopise s otvoreným prístupom.
Physics World predstavuje kľúčovú súčasť poslania IOP Publishing komunikovať svetový výskum a inovácie čo najširšiemu publiku. Webová stránka tvorí súčasť portfólia Physics World, kolekcie online, digitálnych a tlačených informačných služieb pre globálnu vedeckú komunitu.
Čas odoslania: máj-07-2020