Physics World'e kaydolduğunuz için teşekkür ederiz. Bilgilerinizi istediğiniz zaman değiştirmek isterseniz lütfen Hesabım'ı ziyaret edin.
Grafit filmler elektronik cihazları elektromanyetik (EM) radyasyondan koruyabilir, ancak bunları üretmeye yönelik mevcut teknikler birkaç saat sürer ve yaklaşık 3000 °C'lik işlem sıcaklıkları gerektirir. Çin Bilimler Akademisi'ndeki Shenyang Ulusal Malzeme Bilimi Laboratuvarı'ndan bir araştırmacı ekibi, sıcak nikel folyo şeritlerini etanolde söndürerek sadece birkaç saniye içinde yüksek kaliteli grafit filmler yapmanın alternatif bir yolunu gösterdi. Bu filmlerin büyüme hızı, mevcut yöntemlere göre iki kat daha yüksektir ve filmlerin elektriksel iletkenliği ve mekanik mukavemeti, kimyasal buhar biriktirme (CVD) kullanılarak yapılan filmlerinkilerle aynıdır.
Tüm elektronik cihazlar bir miktar EM radyasyon üretir. Cihazlar küçüldükçe ve giderek daha yüksek frekanslarda çalıştıkça, elektromanyetik girişim (EMI) potansiyeli artar ve hem cihazın hem de yakındaki elektronik sistemlerin performansını olumsuz yönde etkileyebilir.
Van der Waals kuvvetleri tarafından bir arada tutulan grafen katmanlarından oluşan bir karbon allotropu olan grafit, onu EMI'ye karşı etkili bir kalkan haline getiren bir dizi olağanüstü elektriksel, termal ve mekanik özelliğe sahiptir. Bununla birlikte, yüksek bir elektrik iletkenliğine sahip olması için çok ince bir film formunda olması gerekir; bu, pratik EMI uygulamaları için önemlidir, çünkü bu, malzemenin, içindeki yük taşıyıcıları ile etkileşime girerken EM dalgalarını yansıtabileceği ve emebileceği anlamına gelir. BT.
Şu anda, grafit film yapmanın ana yolları, aromatik polimerlerin yüksek sıcaklıkta pirolizini veya grafen (GO) oksit veya grafen nano tabakalarının katman katman istiflenmesini içerir. Her iki işlem de yaklaşık 3000 °C'lik yüksek sıcaklıklar ve bir saatlik işlem süreleri gerektirir. CVD'de gerekli sıcaklıklar daha düşüktür (700 ila 1300 °C arası), ancak nanometre kalınlığında filmlerin vakumda bile yapılması birkaç saat sürer.
Wencai Ren liderliğindeki bir ekip, nikel folyoyu argon atmosferinde 1200 °C'ye ısıtıp ardından bu folyoyu hızla 0 °C'deki etanole batırarak birkaç saniye içinde onlarca nanometre kalınlığında yüksek kaliteli grafit film üretti. Etanolün ayrışmasından üretilen karbon atomları, metalin yüksek karbon çözünürlüğü (1200 °C'de ağırlıkça %0,4) sayesinde nikelin içinde yayılır ve çözünür. Bu karbon çözünürlüğü düşük sıcaklıkta büyük ölçüde azaldığından, söndürme sırasında karbon atomları daha sonra ayrışır ve nikel yüzeyinden çökelerek kalın bir grafit film oluşturur. Araştırmacılar, nikelin mükemmel katalitik aktivitesinin aynı zamanda yüksek kristalli grafit oluşumuna da yardımcı olduğunu bildiriyor.
Yüksek çözünürlüklü transmisyon mikroskobu, X-ışını kırınımı ve Raman spektroskopisinin bir kombinasyonunu kullanan Ren ve meslektaşları, ürettikleri grafitin geniş alanlar üzerinde oldukça kristalli olduğunu, iyi katmanlı olduğunu ve hiçbir görünür kusur içermediğini buldular. Filmin elektron iletkenliği, CVD veya yüksek sıcaklık teknikleri ve GO/grafen filmlerinin preslenmesiyle büyütülen filmlere benzer şekilde 2,6 x 105 S/m kadar yüksekti.
Malzemenin EM radyasyonunu ne kadar iyi engellediğini test etmek için ekip, 600 mm2 yüzey alanına sahip filmleri polietilen tereftalattan (PET) yapılmış substratlara aktardı. Daha sonra filmin 8,2 ila 12,4 GHz arasındaki X bandı frekans aralığında EMI koruma etkinliğini (SE) ölçtüler. Yaklaşık 77 nm kalınlığındaki bir film için 14,92 dB'den fazla bir EMI SE buldular. Bu değer, daha fazla filmi bir araya topladıklarında tüm X bandında 20 dB'nin (ticari uygulamalar için gereken minimum değer) üzerine çıkar. Aslında, beş parça istiflenmiş grafit film (toplamda yaklaşık 385 nm kalınlığında) içeren bir film, yaklaşık 28 dB'lik bir EMI SE'ye sahiptir; bu, malzemenin gelen radyasyonun %99,84'ünü engelleyebileceği anlamına gelir. Genel olarak ekip, X bandında 481.000 dB/cm2/g'lik bir EMI koruma ölçtü; bu, daha önce bildirilen tüm sentetik malzemelerden daha iyi performans gösterdi.
Araştırmacılar, bildikleri kadarıyla, ticari uygulamaların gerekliliklerini karşılayabilecek bir EMI koruma performansına sahip olan grafit filmlerinin bildirilen koruyucu malzemeler arasında en ince film olduğunu söylüyor. Mekanik özellikleri de olumludur. Malzemenin yaklaşık 110 MPa'lık kırılma mukavemeti (bir polikarbonat destek üzerine yerleştirilen malzemenin gerilim-gerinim eğrilerinden elde edilmiştir), diğer yöntemlerle büyütülen grafit filmlerden daha yüksektir. Film aynı zamanda esnektir ve EMI koruma özelliklerini kaybetmeden 5 mm'lik bir bükülme yarıçapıyla 1000 kez bükülebilir. Ayrıca 550 °C'ye kadar termal olarak stabildir. Ekip, bu ve diğer özelliklerin, havacılık, elektronik ve optoelektronik dahil olmak üzere birçok alandaki uygulamalar için ultra ince, hafif, esnek ve etkili bir EMI koruyucu malzeme olarak kullanılabileceği anlamına geldiğine inanıyor.
Bu yeni açık erişimli dergide malzeme bilimindeki en önemli ve heyecan verici gelişmeleri okuyun.
Fizik Dünyası, IOP Publishing'in birinci sınıf araştırma ve yenilikleri mümkün olan en geniş kitleye aktarma misyonunun önemli bir bölümünü temsil ediyor. Web sitesi, küresel bilim camiasına yönelik çevrimiçi, dijital ve basılı bilgi hizmetlerinden oluşan bir koleksiyon olan Fizik Dünyası portföyünün bir parçasını oluşturur.
Gönderim zamanı: Mayıs-07-2020