Cảm ơn bạn đã đăng ký với Thế giới Vật lý. Nếu bạn muốn thay đổi thông tin chi tiết của mình bất kỳ lúc nào, vui lòng truy cập Tài khoản của tôi
Màng than chì có thể che chắn các thiết bị điện tử khỏi bức xạ điện từ (EM), nhưng các kỹ thuật sản xuất chúng hiện nay phải mất vài giờ và yêu cầu nhiệt độ xử lý khoảng 3000°C. Một nhóm các nhà nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm Khoa học Vật liệu Quốc gia Thẩm Dương tại Viện Khoa học Trung Quốc hiện đã trình diễn một phương pháp khác để tạo ra màng than chì chất lượng cao chỉ trong vài giây bằng cách dập tắt các dải lá niken nóng trong etanol. Tốc độ tăng trưởng của các màng này cao hơn hai bậc so với các phương pháp hiện có và độ dẫn điện và độ bền cơ học của màng ngang bằng với các màng được tạo ra bằng phương pháp lắng đọng hơi hóa học (CVD).
Tất cả các thiết bị điện tử đều tạo ra một số bức xạ EM. Khi các thiết bị trở nên nhỏ hơn và hoạt động ở tần số ngày càng cao, khả năng nhiễu điện từ (EMI) sẽ tăng lên và có thể ảnh hưởng xấu đến hiệu suất của thiết bị cũng như của các hệ thống điện tử gần đó.
Than chì, một dạng thù hình của cacbon được tạo thành từ các lớp graphene được liên kết với nhau bằng lực van der Waals, có một số đặc tính điện, nhiệt và cơ học đáng chú ý khiến nó trở thành lá chắn hiệu quả chống lại EMI. Tuy nhiên, nó cần phải ở dạng màng rất mỏng để có độ dẫn điện cao, điều này rất quan trọng đối với các ứng dụng EMI thực tế vì điều đó có nghĩa là vật liệu có thể phản xạ và hấp thụ sóng EM khi chúng tương tác với các hạt mang điện bên trong. Nó.
Hiện nay, các phương pháp chính để chế tạo màng than chì là nhiệt phân polyme thơm ở nhiệt độ cao hoặc xếp lớp oxit graphene (GO) hoặc các tấm nano graphene theo từng lớp. Cả hai quá trình đều yêu cầu nhiệt độ cao khoảng 3000°C và thời gian xử lý là một giờ. Trong CVD, nhiệt độ yêu cầu thấp hơn (từ 700 đến 1300°C), nhưng phải mất vài giờ để tạo ra màng dày nanomet, ngay cả trong chân không.
Một đội do Wencai Ren dẫn đầu hiện đã sản xuất được màng than chì chất lượng cao dày hàng chục nanomet trong vòng vài giây bằng cách nung lá niken đến 1200°C trong môi trường khí argon và sau đó nhúng nhanh lá này vào etanol ở nhiệt độ 0°C. Các nguyên tử carbon được tạo ra từ quá trình phân hủy ethanol khuếch tán và hòa tan vào niken nhờ khả năng hòa tan carbon cao của kim loại (0,4 wt% ở 1200 °C). Do độ hòa tan cacbon này giảm đáng kể ở nhiệt độ thấp nên các nguyên tử cacbon sau đó sẽ tách ra và kết tủa khỏi bề mặt niken trong quá trình tôi, tạo ra một màng than chì dày. Các nhà nghiên cứu báo cáo rằng hoạt tính xúc tác tuyệt vời của niken cũng hỗ trợ sự hình thành than chì có độ tinh thể cao.
Sử dụng kết hợp kính hiển vi truyền qua có độ phân giải cao, nhiễu xạ tia X và quang phổ Raman, Ren và các đồng nghiệp phát hiện ra rằng than chì mà họ tạo ra có độ tinh thể cao trên diện rộng, được phân lớp tốt và không có khuyết tật nhìn thấy được. Độ dẫn điện tử của màng cao tới 2,6 x 105 S/m, tương tự như màng được trồng bằng kỹ thuật CVD hoặc nhiệt độ cao và ép màng GO/graphene.
Để kiểm tra xem vật liệu có thể chặn bức xạ EM tốt đến mức nào, nhóm nghiên cứu đã chuyển các màng có diện tích bề mặt 600 mm2 lên các chất nền làm từ polyetylen terephthalate (PET). Sau đó, họ đo hiệu quả che chắn EMI (SE) của phim trong dải tần X, trong khoảng từ 8,2 đến 12,4 GHz. Họ tìm thấy EMI SE lớn hơn 14,92 dB đối với một màng dày khoảng 77 nm. Giá trị này tăng lên hơn 20 dB (giá trị tối thiểu cần thiết cho các ứng dụng thương mại) trong toàn bộ dải X khi chúng xếp chồng nhiều màng lại với nhau. Thật vậy, một màng chứa năm mảnh màng than chì xếp chồng lên nhau (tổng cộng dày khoảng 385 nm) có EMI SE khoảng 28 dB, nghĩa là vật liệu đó có thể chặn 99,84% bức xạ tới. Nhìn chung, nhóm đã đo được mức che chắn EMI là 481.000 dB/cm2/g trên dải X, vượt trội so với tất cả các vật liệu tổng hợp được báo cáo trước đó.
Các nhà nghiên cứu cho biết, theo hiểu biết tốt nhất của họ, màng than chì của họ là loại mỏng nhất trong số các vật liệu che chắn được báo cáo, với hiệu suất che chắn EMI có thể đáp ứng yêu cầu cho các ứng dụng thương mại. Tính chất cơ học của nó cũng thuận lợi. Độ bền đứt gãy của vật liệu khoảng 110 MPa (được trích từ đường cong ứng suất-biến dạng của vật liệu đặt trên giá đỡ polycarbonate) cao hơn so với màng than chì được tạo ra bằng các phương pháp khác. Phim cũng linh hoạt và có thể uốn cong 1000 lần với bán kính uốn 5 mm mà không làm mất đặc tính che chắn EMI. Nó cũng ổn định nhiệt lên tới 550 ° C. Nhóm nghiên cứu tin rằng những đặc tính này và các đặc tính khác có nghĩa là nó có thể được sử dụng làm vật liệu che chắn EMI siêu mỏng, nhẹ, linh hoạt và hiệu quả cho các ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm hàng không vũ trụ cũng như điện tử và quang điện tử.
Đọc những tiến bộ quan trọng và thú vị nhất trong khoa học vật liệu trên tạp chí truy cập mở mới này.
Thế giới Vật lý đại diện cho một phần quan trọng trong sứ mệnh của Nhà xuất bản IOP nhằm truyền đạt nghiên cứu và đổi mới đẳng cấp thế giới tới lượng độc giả rộng nhất có thể. Trang web này là một phần của danh mục Thế giới Vật lý, một tập hợp các dịch vụ thông tin trực tuyến, kỹ thuật số và in ấn dành cho cộng đồng khoa học toàn cầu.
Thời gian đăng: May-07-2020