Dankie dat u by Physics World geregistreer het. Indien u u besonderhede te eniger tyd wil verander, besoek asseblief My rekening.
Grafietfilms kan elektroniese toestelle teen elektromagnetiese (EM) straling beskerm, maar huidige tegnieke vir die vervaardiging daarvan neem etlike ure en vereis verwerkingstemperature van ongeveer 3000 °C. 'n Span navorsers van die Shenyang Nasionale Laboratorium vir Materiaalkunde aan die Chinese Akademie vir Wetenskappe het nou 'n alternatiewe manier gedemonstreer om hoëgehalte-grafietfilms in net 'n paar sekondes te maak deur warm stroke nikkelfoelie in etanol te blus. Die groeikoers vir hierdie films is meer as twee ordes van grootte hoër as in bestaande metodes, en die films se elektriese geleidingsvermoë en meganiese sterkte is gelykstaande aan dié van films wat met behulp van chemiese dampafsetting (CVD) gemaak word.
Alle elektroniese toestelle produseer 'n mate van EM-straling. Namate toestelle al hoe kleiner word en teen hoër en hoër frekwensies werk, groei die potensiaal vir elektromagnetiese interferensie (EMI), en kan dit die werkverrigting van die toestel sowel as dié van nabygeleë elektroniese stelsels nadelig beïnvloed.
Grafiet, 'n allotroop van koolstof wat opgebou is uit lae grafeen wat deur van der Waals-kragte bymekaar gehou word, het 'n aantal merkwaardige elektriese, termiese en meganiese eienskappe wat dit 'n effektiewe skild teen EMI maak. Dit moet egter in die vorm van 'n baie dun film wees om 'n hoë elektriese geleidingsvermoë te hê, wat belangrik is vir praktiese EMI-toepassings, want dit beteken dat die materiaal EM-golwe kan weerkaats en absorbeer soos hulle met die ladingdraers daarin in wisselwerking tree.
Tans behels die hoof maniere om grafietfilm te maak óf hoëtemperatuur-pirolise van aromatiese polimere óf die stapel van grafeen (GO) oksied of grafeen-nanovelle laag vir laag. Beide prosesse vereis hoë temperature van ongeveer 3000 °C en verwerkingstye van 'n uur. In CVD is die vereiste temperature laer (tussen 700 en 1300 °C), maar dit neem 'n paar uur om nanometer-dik films te maak, selfs in vakuum.
'n Span onder leiding van Wencai Ren het nou binne 'n paar sekondes hoëgehalte grafietfilm van tientalle nanometer dik vervaardig deur nikkelfoelie tot 1200 °C in 'n argonatmosfeer te verhit en dan hierdie foelie vinnig in etanol by 0 °C te dompel. Die koolstofatome wat geproduseer word deur die ontbinding van etanol diffundeer en los op in die nikkel danksy die metaal se hoë koolstofoplosbaarheid (0.4 gewig% by 1200 °C). Omdat hierdie koolstofoplosbaarheid aansienlik afneem by lae temperatuur, segregeer die koolstofatome vervolgens en presipiteer van die nikkeloppervlak tydens blus, wat 'n dik grafietfilm lewer. Die navorsers berig dat die uitstekende katalitiese aktiwiteit van nikkel ook die vorming van hoogs kristallyne grafiet bevorder.
Deur 'n kombinasie van hoëresolusie-transmissiemikroskopie, X-straaldiffraksie en Raman-spektroskopie te gebruik, het Ren en kollegas bevind dat die grafiet wat hulle geproduseer het, hoogs kristallyn oor groot areas was, goed gelaag was en geen sigbare defekte bevat het nie. Die elektrongeleidingsvermoë van die film was so hoog as 2.6 x 105 S/m, soortgelyk aan films wat gekweek is deur CVD of hoëtemperatuurtegnieke en die pers van GO/grafeenfilms.
Om te toets hoe goed die materiaal EM-straling kon blokkeer, het die span films met 'n oppervlakte van 600 mm2 op substrate van poliëtileentereftalaat (PET) oorgedra. Hulle het toe die film se EMI-afskermingseffektiwiteit (SE) in die X-band frekwensiebereik, tussen 8.2 en 12.4 GHz, gemeet. Hulle het 'n EMI SE van meer as 14.92 dB gevind vir 'n film van ongeveer 77 nm dik. Hierdie waarde styg tot meer as 20 dB (die minimum waarde wat vir kommersiële toepassings benodig word) in die hele X-band wanneer hulle meer films saamgestapel het. Inderdaad, 'n film wat vyf stukke gestapelde grafietfilms bevat (ongeveer 385 nm dik in totaal) het 'n EMI SE van ongeveer 28 dB, wat beteken dat die materiaal 99.84% van die invallende straling kan blokkeer. Oor die algemeen het die span 'n EMI-afskerming van 481 000 dB/cm2/g oor die X-band gemeet, wat alle voorheen gerapporteerde sintetiese materiale oortref het.
Die navorsers sê dat hul grafietfilm, sover hulle weet, die dunste onder gerapporteerde afskermingsmateriale is, met 'n EMI-afskermingsprestasie wat aan die vereiste vir kommersiële toepassings kan voldoen. Die meganiese eienskappe daarvan is ook gunstig. Die materiaal se breuksterkte van ongeveer 110 MPa (uitgetrek uit spanning-vervormingskurwes van die materiaal wat op 'n polikarbonaat-ondersteuning geplaas is) is hoër as dié van grafietfilms wat met die ander metodes gekweek word. Die film is ook buigsaam en kan 1000 keer gebuig word met 'n buigradius van 5 mm sonder om sy EMI-afskermingseienskappe te verloor. Dit is ook termies stabiel tot 550 °C. Die span glo dat hierdie en ander eienskappe beteken dat dit as 'n ultradun, liggewig, buigsame en effektiewe EMI-afskermingsmateriaal gebruik kan word vir toepassings in baie gebiede, insluitend lugvaart sowel as elektronika en opto-elektronika.
Lees die belangrikste en opwindendste vooruitgang in materiaalwetenskap in hierdie nuwe ooptoegangjoernaal.
Physics World verteenwoordig 'n sleuteldeel van IOP Publishing se missie om wêreldklasnavorsing en -innovasie aan die breedste moontlike gehoor te kommunikeer. Die webwerf vorm deel van die Physics World-portefeulje, 'n versameling aanlyn-, digitale en gedrukte inligtingsdienste vir die globale wetenskaplike gemeenskap.
Plasingstyd: 7 Mei 2020