Hvala za registracijo v Physics World. Če želite kadar koli spremeniti svoje podatke, obiščite Moj račun
Grafitne folije lahko zaščitijo elektronske naprave pred elektromagnetnim (EM) sevanjem, vendar trenutne tehnike za njihovo izdelavo trajajo več ur in zahtevajo temperature obdelave okoli 3000 °C. Skupina raziskovalcev iz Nacionalnega laboratorija za znanost o materialih Shenyang pri Kitajski akademiji znanosti je zdaj pokazala alternativni način izdelave visokokakovostnih grafitnih filmov v samo nekaj sekundah z gašenjem vročih trakov nikljeve folije v etanolu. Stopnja rasti teh filmov je za več kot dva reda velikosti višja kot pri obstoječih metodah, električna prevodnost in mehanska trdnost filmov pa sta enaki tistim pri filmih, izdelanih s kemičnim naparjevanjem (CVD).
Vse elektronske naprave proizvajajo nekaj EM sevanja. Ker postajajo naprave vse manjše in delujejo na vedno višjih frekvencah, se povečuje možnost elektromagnetnih motenj (EMI), ki lahko negativno vplivajo na delovanje naprave in bližnjih elektronskih sistemov.
Grafit, alotrop ogljika, zgrajen iz plasti grafena, ki jih skupaj držijo van der Waalsove sile, ima številne izjemne električne, toplotne in mehanske lastnosti, zaradi katerih je učinkovit ščit pred EMI. Vendar pa mora biti v obliki zelo tankega filma, da ima visoko električno prevodnost, kar je pomembno za praktične aplikacije EMI, ker pomeni, da lahko material odbija in absorbira EM valove, ko medsebojno delujejo z nosilci naboja v notranjosti. to.
Trenutno glavni načini izdelave grafitnega filma vključujejo bodisi visokotemperaturno pirolizo aromatskih polimerov ali zlaganje grafenovega (GO) oksida ali grafenskih nanoplastov plast za plastjo. Oba postopka zahtevata visoke temperature okoli 3000 °C in čas obdelave eno uro. Pri CVD so zahtevane temperature nižje (med 700 in 1300 °C), vendar je za izdelavo nanometrskih filmov, tudi v vakuumu, potrebnih nekaj ur.
Ekipa, ki jo vodi Wencai Ren, je v nekaj sekundah izdelala visokokakovosten grafitni film debeline desetine nanometrov s segrevanjem nikljeve folije na 1200 °C v atmosferi argona in nato hitro potopitvijo te folije v etanol pri 0 °C. Ogljikovi atomi, ki nastanejo pri razgradnji etanola, difundirajo in se raztopijo v nikelj zaradi visoke topnosti ogljika v kovini (0,4 mas. % pri 1200 °C). Ker se ta topnost ogljika močno zmanjša pri nizki temperaturi, se atomi ogljika med kaljenjem nato ločijo in oborijo s površine niklja, pri čemer nastane debel grafitni film. Raziskovalci poročajo, da odlična katalitična aktivnost niklja pomaga tudi pri tvorbi visoko kristalnega grafita.
Z uporabo kombinacije transmisijske mikroskopije z visoko ločljivostjo, rentgenske difrakcije in ramanske spektroskopije so Ren in njegovi sodelavci ugotovili, da je grafit, ki so ga proizvedli, visoko kristaliničen na velikih površinah, dobro plasten in brez vidnih napak. Elektronska prevodnost filma je bila kar 2,6 x 105 S/m, podobno kot pri filmih, vzgojenih s CVD ali visokotemperaturnimi tehnikami in stiskanjem GO/grafenskih filmov.
Da bi preizkusili, kako dobro lahko material blokira EM sevanje, je ekipa prenesla filme s površino 600 mm2 na podlage iz polietilen tereftalata (PET). Nato so izmerili učinkovitost EMI zaščite (SE) filma v frekvenčnem območju X-pasu, med 8,2 in 12,4 GHz. Ugotovili so, da je EMI SE več kot 14,92 dB za film debeline približno 77 nm. Ta vrednost se poveča na več kot 20 dB (najmanjša zahtevana vrednost za komercialne aplikacije) v celotnem X-pasu, ko so zložili več filmov skupaj. Dejansko ima film, ki vsebuje pet kosov zloženih grafitnih filmov (skupno debeline okoli 385 nm), EMI SE okoli 28 dB, kar pomeni, da lahko material blokira 99,84 % vpadnega sevanja. Skupina je na splošno izmerila EMI zaščito 481.000 dB/cm2/g v X-pasu, kar je preseglo vse prej prijavljene sintetične materiale.
Raziskovalci pravijo, da je, kolikor jim je znano, njihov grafitni film najtanjši med prijavljenimi zaščitnimi materiali, z EMI zaščito, ki lahko zadosti zahtevam za komercialne aplikacije. Tudi njegove mehanske lastnosti so ugodne. Lomna trdnost materiala približno 110 MPa (izvlečena iz krivulj napetost-deformacija materiala, nameščenega na polikarbonatni nosilec) je višja kot pri grafitnih filmih, gojenih z drugimi metodami. Film je tudi upogljiv in ga je mogoče upogniti 1000-krat s polmerom upogiba 5 mm, ne da bi pri tem izgubil lastnosti zaščite pred EMI. Prav tako je termično stabilen do 550 °C. Ekipa verjame, da te in druge lastnosti pomenijo, da bi ga lahko uporabili kot ultratanek, lahek, prilagodljiv in učinkovit material za zaščito pred elektromagnetnimi motnjami za aplikacije na številnih področjih, vključno z vesoljstvom ter elektroniko in optoelektroniko.
Preberite najpomembnejši in najbolj vznemirljiv napredek v znanosti o materialih v tej novi reviji z odprtim dostopom.
Physics World predstavlja ključni del misije IOP Publishing za komuniciranje raziskav in inovacij svetovnega razreda najširšemu možnemu občinstvu. Spletna stran je del portfelja Physics World, zbirke spletnih, digitalnih in tiskanih informacijskih storitev za svetovno znanstveno skupnost.
Čas objave: maj-07-2020