Дякуємо за реєстрацію в Physics World. Якщо ви захочете змінити свої дані в будь-який час, перейдіть на сторінку Мій обліковий запис
Графітові плівки можуть захистити електронні пристрої від електромагнітного (ЕМ) випромінювання, але сучасні технології їх виготовлення займають кілька годин і вимагають температури обробки близько 3000 °C. Команда дослідників із Шеньянської національної лабораторії матеріалознавства при Академії наук Китаю продемонструвала альтернативний спосіб виготовлення високоякісних графітових плівок всього за кілька секунд шляхом загартування гарячих смужок нікелевої фольги в етанолі. Швидкість росту цих плівок більш ніж на два порядки вище, ніж у існуючих методів, а електропровідність і механічна міцність плівок на одному рівні з показниками плівок, виготовлених за допомогою хімічного осадження з газової фази (CVD).
Усі електронні пристрої створюють певну кількість електромагнітного випромінювання. Оскільки пристрої стають дедалі меншими та працюють на все вищих і вищих частотах, потенціал для електромагнітних перешкод (EMI) зростає, і це може негативно вплинути на роботу пристрою, а також на роботу сусідніх електронних систем.
Графіт, алотроп вуглецю, створений із шарів графену, утримуваних силами Ван-дер-Ваальса, має низку чудових електричних, теплових і механічних властивостей, які роблять його ефективним щитом від електромагнітних перешкод. Однак він повинен бути у формі дуже тонкої плівки, щоб він мав високу електропровідність, що важливо для практичного застосування електромагнітних перешкод, оскільки це означає, що матеріал може відбивати та поглинати електромагнітні хвилі, коли вони взаємодіють з носіями заряду всередині це.
В даний час основні способи виготовлення графітової плівки включають або високотемпературний піроліз ароматичних полімерів, або шар за шаром укладання оксиду графену (GO) або графенових нанолистів. Обидва процеси вимагають високих температур близько 3000 °C і часу обробки годину. У CVD потрібні нижчі температури (від 700 до 1300 °C), але для виготовлення плівок нанометрової товщини, навіть у вакуумі, потрібно кілька годин.
Команда під керівництвом Wencai Ren створила високоякісну графітову плівку товщиною в десятки нанометрів за кілька секунд шляхом нагрівання нікелевої фольги до 1200 °C в атмосфері аргону, а потім швидкого занурення цієї фольги в етанол при 0 °C. Атоми вуглецю, що утворюються в результаті розкладання етанолу, дифундують і розчиняються в нікелі завдяки високій розчинності металу вуглецю (0,4 мас.% при 1200 °C). Оскільки ця розчинність вуглецю значно зменшується при низькій температурі, атоми вуглецю згодом відокремлюються та випадають з поверхні нікелю під час загартування, утворюючи товсту графітову плівку. Дослідники повідомляють, що чудова каталітична активність нікелю також сприяє утворенню висококристалічного графіту.
Використовуючи комбінацію трансмісійної мікроскопії з високою роздільною здатністю, дифракції рентгенівських променів і спектроскопії комбінаційного розсіювання, Рен і його колеги виявили, що графіт, який вони виготовили, був висококристалічним на великих площах, добре шаруватим і не містив видимих дефектів. Електронна провідність плівки становила 2,6 x 105 См/м, подібно до плівок, вирощених CVD або високотемпературними методами та пресуванням плівок GO/графен.
Щоб перевірити, наскільки добре матеріал може блокувати електромагнітне випромінювання, команда перенесла плівки з площею поверхні 600 мм2 на підкладки з поліетилентерефталату (PET). Потім вони виміряли ефективність екранування плівки від електромагнітних перешкод (SE) у діапазоні частот X від 8,2 до 12,4 ГГц. Вони виявили EMI SE понад 14,92 дБ для плівки товщиною приблизно 77 нм. Це значення збільшується до понад 20 дБ (мінімальне значення, необхідне для комерційних застосувань) у всьому діапазоні X, коли вони складаються разом більше плівок. Дійсно, плівка, що містить п’ять частин графітових плівок (загалом товщиною близько 385 нм), має EMI SE приблизно 28 дБ, що означає, що матеріал може блокувати 99,84% падаючого випромінювання. Загалом команда виміряла захист від електромагнітних перешкод у 481 000 дБ/см2/г у діапазоні X, що перевершує всі синтетичні матеріали, про які повідомлялося раніше.
Дослідники кажуть, що, наскільки їм відомо, їхня графітова плівка є найтоншою серед зареєстрованих екрануючих матеріалів, з характеристиками екранування від електромагнітних перешкод, які можуть задовольнити вимоги для комерційного застосування. Його механічні властивості також сприятливі. Міцність матеріалу на розрив приблизно 110 МПа (витягнута з кривих напруга-деформація матеріалу, розміщеного на полікарбонатній основі) вища, ніж у графітових плівок, вирощених іншими методами. Плівка також є гнучкою, і її можна згинати 1000 разів із радіусом вигину 5 мм без втрати властивостей екранування від електромагнітних перешкод. Він також термостабільний до 550 °C. Команда вважає, що ці та інші властивості означають, що його можна використовувати як ультратонкий, легкий, гнучкий і ефективний матеріал для екранування електромагнітних перешкод для застосування в багатьох сферах, включаючи аерокосмічну техніку, а також електроніку та оптоелектроніку.
Читайте про найважливіші та захоплюючі досягнення в матеріалознавстві в цьому новому журналі відкритого доступу.
Світ фізики є ключовою частиною місії видавництва IOP Publishing, спрямованої на поширення досліджень та інновацій світового рівня якнайширшій аудиторії. Веб-сайт є частиною портфоліо Physics World, набору онлайнових, цифрових і друкованих інформаційних послуг для світової наукової спільноти.
Час публікації: травень-07-2020