Asante kwa kujisajili na Fizikia Ulimwengu Ikiwa ungependa kubadilisha maelezo yako wakati wowote, tafadhali tembelea Akaunti Yangu.
Filamu za grafiti zinaweza kukinga vifaa vya kielektroniki dhidi ya mionzi ya sumakuumeme (EM), lakini mbinu za sasa za kuzitengeneza huchukua saa kadhaa na zinahitaji usindikaji wa joto la karibu 3000 °C. Timu ya watafiti kutoka Maabara ya Kitaifa ya Shenyang ya Sayansi ya Nyenzo katika Chuo cha Sayansi cha China sasa imeonyesha njia mbadala ya kutengeneza filamu za ubora wa juu za grafiti kwa sekunde chache tu kwa kuzima vipande moto vya karatasi ya nikeli kwenye ethanoli. Kasi ya ukuaji wa filamu hizi ni zaidi ya oda mbili za ukubwa wa juu kuliko katika mbinu zilizopo, na upitishaji umeme wa filamu na nguvu za mitambo zinalingana na zile za filamu zinazotengenezwa kwa kutumia uwekaji wa mvuke wa kemikali (CVD).
Vifaa vyote vya elektroniki hutoa mionzi ya EM. Kadiri vifaa vinavyozidi kuwa vidogo na kufanya kazi kwa masafa ya juu na ya juu zaidi, uwezekano wa kuingiliwa na sumakuumeme (EMI) unakua, na unaweza kuathiri vibaya utendakazi wa kifaa na ule wa mifumo ya kielektroniki iliyo karibu.
Graphite, alotropu ya kaboni iliyojengwa kutoka kwa tabaka za graphene zinazoshikiliwa pamoja na vikosi vya van der Waals, ina idadi ya sifa za ajabu za umeme, joto na mitambo ambazo huifanya kuwa ngao bora dhidi ya EMI. Hata hivyo, inahitaji kuwa katika mfumo wa filamu nyembamba sana ili iwe na conductivity ya juu ya umeme, ambayo ni muhimu kwa matumizi ya EMI ya vitendo kwa sababu ina maana kwamba nyenzo zinaweza kutafakari na kunyonya mawimbi ya EM wakati wanaingiliana na wabebaji wa malipo ndani. ni.
Kwa sasa, njia kuu za kutengeneza filamu ya grafiti zinahusisha pyrolysis ya halijoto ya juu ya polima zenye kunukia au kuweka juu ya oksidi ya graphene (GO) au graphene nanosheets safu kwa safu. Michakato yote miwili inahitaji halijoto ya juu ya karibu 3000 °C na nyakati za usindikaji wa saa moja. Katika CVD, joto linalohitajika ni la chini (kati ya 700 hadi 1300 ° C), lakini inachukua saa chache kutengeneza filamu zenye unene wa nanometre, hata katika utupu.
Timu inayoongozwa na Wencai Ren sasa imetoa filamu ya ubora wa juu ya grafiti ya makumi ya nanomita nene ndani ya sekunde chache kwa kupasha joto karatasi ya nikeli hadi 1200 °C katika angahewa ya argon na kisha kuzamisha karatasi hii kwa haraka katika ethanol ifikapo 0 °C. Atomi za kaboni zinazozalishwa kutokana na mtengano wa ethanoli husambaa na kuyeyushwa ndani ya nikeli kutokana na umumunyifu wa juu wa kaboni wa metali (0.4 wt% ifikapo 1200 °C). Kwa sababu umumunyifu huu wa kaboni hupungua sana katika halijoto ya chini, atomi za kaboni hutenganisha na kunyesha kutoka kwenye uso wa nikeli wakati wa kuzima, na kutoa filamu nene ya grafiti. Watafiti wanaripoti kuwa shughuli bora ya kichocheo ya nikeli pia inasaidia uundaji wa grafiti yenye fuwele nyingi.
Kwa kutumia mchanganyiko wa hadubini ya upokezaji wa azimio la juu, diffraction ya X-ray na taswira ya Raman, Ren na wenzake waligundua kwamba grafiti waliyotoa ilikuwa na fuwele nyingi juu ya maeneo makubwa, yenye tabaka vizuri na haikuwa na kasoro yoyote inayoonekana. Mwelekeo wa elektroni wa filamu ulikuwa wa juu kama 2.6 x 105 S/m, sawa na filamu zinazokuzwa kwa CVD au mbinu za halijoto ya juu na ubonyezaji wa filamu za GO/graphene.
Ili kupima jinsi nyenzo zinavyoweza kuzuia mionzi ya EM, timu ilihamisha filamu zenye eneo la 600 mm2 kwenye substrates zilizotengenezwa kwa polyethilini terephthalate (PET). Kisha walipima ufanisi wa ulinzi wa EMI wa filamu (SE) katika masafa ya masafa ya bendi ya X, kati ya 8.2 na 12.4 GHz. Walipata EMI SE ya zaidi ya 14.92 dB kwa filamu takriban 77 nm nene. Thamani hii huongezeka hadi zaidi ya 20 dB (thamani ya chini zaidi inayohitajika kwa programu za kibiashara) katika bendi nzima ya X walipoweka pamoja filamu zaidi. Hakika, filamu iliyo na vipande vitano vya filamu za grafiti zilizopangwa (karibu 385 nm nene kwa jumla) ina EMI SE ya karibu 28 dB, ambayo ina maana kwamba nyenzo inaweza kuzuia 99.84% ya mionzi ya matukio. Kwa ujumla, timu ilipima ulinzi wa EMI wa 481,000 dB/cm2/g kwenye bendi ya X, na kufanya utendakazi zaidi kuliko nyenzo zote za sanisi zilizoripotiwa hapo awali.
Watafiti wanasema kwamba kwa ufahamu wao bora, filamu yao ya grafiti ndiyo nyembamba zaidi kati ya nyenzo za kukinga zilizoripotiwa, ikiwa na utendakazi wa kulinda EMI ambao unaweza kukidhi hitaji la matumizi ya kibiashara. Tabia zake za mitambo pia zinafaa. Nguvu ya kuvunjika kwa nyenzo ya takriban MPa 110 (iliyotolewa kutoka kwa mikondo ya dhiki ya nyenzo iliyowekwa kwenye usaidizi wa polycarbonate) ni ya juu kuliko ile ya filamu za grafiti zinazokuzwa kwa mbinu zingine. Filamu ni rahisi kunyumbulika, pia, na inaweza kupinda mara 1000 kwa kipenyo cha kupinda cha mm 5 bila kupoteza sifa zake za kukinga EMI. Pia ina uwezo wa kustahimili joto hadi 550 °C. Timu inaamini kuwa sifa hizi na nyinginezo zinamaanisha kuwa inaweza kutumika kama nyenzo ya ulinzi ya EMI ya kipekee, nyepesi, inayoweza kunyumbulika na bora kwa matumizi katika maeneo mengi, ikijumuisha angani na vile vile vifaa vya elektroniki na optoelectronics.
Soma maendeleo muhimu na ya kusisimua zaidi katika sayansi ya nyenzo katika jarida hili jipya la ufikiaji huria.
Fizikia Dunia inawakilisha sehemu muhimu ya dhamira ya IOP Publishing kuwasilisha utafiti na uvumbuzi wa kiwango cha kimataifa kwa hadhira pana zaidi iwezekanavyo. Tovuti hii ni sehemu ya jalada la Fizikia Ulimwenguni, mkusanyo wa huduma za habari za mtandaoni, za kidijitali na za uchapishaji kwa jumuiya ya kimataifa ya wanasayansi.
Muda wa kutuma: Mei-07-2020