Дзякуй за рэгістрацыю ў Physics World. Калі вы хочаце змяніць свае дадзеныя ў любы час, калі ласка, наведайце Мой уліковы запіс.
Графітавыя плёнкі могуць абараняць электронныя прылады ад электрамагнітнага (ЭМ) выпраменьвання, але сучасныя метады іх вырабу займаюць некалькі гадзін і патрабуюць тэмпературы апрацоўкі каля 3000 °C. Каманда даследчыкаў з Шэньянскай нацыянальнай лабараторыі матэрыялазнаўства пры Кітайскай акадэміі навук прадэманстравала альтэрнатыўны спосаб вырабу высакаякасных графітавых плёнак усяго за некалькі секунд шляхам загартоўкі гарачых палос нікелевай фальгі ў этаноле. Хуткасць росту гэтых плёнак больш чым на два парадкі вышэйшая, чым у існуючых метадах, а электраправоднасць і механічная трываласць плёнак адпавядаюць паказчыкам плёнак, вырабленых з дапамогай хімічнага асаджэння з паравой фальгі (CVD).
Усе электронныя прылады вырабляюць пэўную колькасць электрамагнітнага выпраменьвання. Па меры таго, як прылады становяцца ўсё меншымі і працуюць на ўсё больш высокіх частотах, патэнцыял электрамагнітных перашкод (ЭМП) расце і можа негатыўна паўплываць на прадукцыйнасць прылады, а таксама на працу бліжэйшых электронных сістэм.
Графіт, алатроп вугляроду, які складаецца з слаёў графена, што злучаюцца сіламі Ван-дэр-Ваальса, валодае шэрагам выдатных электрычных, цеплавых і механічных уласцівасцей, якія робяць яго эфектыўным экранам ад электрамагнітных перашкод. Аднак, каб мець высокую электраправоднасць, ён павінен быць у выглядзе вельмі тонкай плёнкі, што важна для практычнага прымянення электрамагнітных перашкод, бо гэта азначае, што матэрыял можа адлюстроўваць і паглынаць электрамагнітныя хвалі, калі яны ўзаемадзейнічаюць з носьбітамі зарада ўнутры яго.
У цяперашні час асноўнымі спосабамі вырабу графітавай плёнкі з'яўляюцца альбо высокатэмпературны піроліз араматычных палімераў, альбо пласт за пластом нанясення аксіду графену (GO) або наналістоў графену. Абодва працэсы патрабуюць высокіх тэмператур каля 3000 °C і часу апрацоўкі ў гадзіну. Пры хімічным осадзе неабходныя тэмпературы ніжэйшыя (ад 700 да 1300 °C), але для вырабу плёнак нанаметровай таўшчыні патрабуецца некалькі гадзін, нават у вакууме.
Каманда даследчыкаў пад кіраўніцтвам Вэнцая Рэна атрымала высакаякасную графітавую плёнку таўшчынёй у дзясяткі нанаметраў за некалькі секунд, награваючы нікелевую фальгу да 1200 °C у атмасферы аргону, а затым хутка апускаючы гэтую фальгу ў этанол пры тэмпературы 0 °C. Атамы вугляроду, якія ўтвараюцца ў выніку раскладання этанолу, дыфузіруюць і раствараюцца ў нікелі дзякуючы высокай растваральнасці металу ў вугляродзе (0,4% па вазе пры 1200 °C). Паколькі гэтая растваральнасць вугляроду значна памяншаецца пры нізкай тэмпературы, атамы вугляроду пасля гэтага аддзяляюцца і выпадаюць у асадак з паверхні нікеля падчас загартоўкі, утвараючы тоўстую графітавую плёнку. Даследчыкі паведамляюць, што выдатная каталітычная актыўнасць нікеля таксама спрыяе ўтварэнню высокакрышталічнага графіту.
Выкарыстоўваючы камбінацыю прасвечвальнай мікраскапіі высокага разрознення, рэнтгенаўскай дыфракцыі і раманаўскай спектраскапіі, Рэн і яго калегі выявілі, што атрыманы імі графіт быў высокакрышталічным на вялікіх плошчах, добра пластаваным і не ўтрымліваў бачных дэфектаў. Электронная праводнасць плёнкі дасягала 2,6 x 10⁶ См/м, што падобна да плёнак, вырашчаных метадамі CVD або высокатэмпературных метадаў і прэсавання плёнак GO/графену.
Каб праверыць, наколькі добра матэрыял можа блакаваць электрамагнітнае выпраменьванне, каманда перанесла плёнкі з плошчай паверхні 600 мм2 на падкладкі з поліэтылентэрэфталату (ПЭТ). Затым яны вымералі эфектыўнасць экранавання плёнкі ад электрамагнітных перашкод (SE) у дыяпазоне частот X-дыяпазону, ад 8,2 да 12,4 ГГц. Яны выявілі SE ад электрамагнітных перашкод больш за 14,92 дБ для плёнкі таўшчынёй прыблізна 77 нм. Гэта значэнне павялічваецца да больш чым 20 дБ (мінімальнае значэнне, неабходнае для камерцыйнага прымянення) ва ўсім X-дыяпазоне, калі яны складалі разам больш плёнак. І сапраўды, плёнка, якая змяшчае пяць кавалкаў складзеных графітавых плёнак (агульнай таўшчынёй каля 385 нм), мае SE ад электрамагнітных перашкод каля 28 дБ, што азначае, што матэрыял можа блакаваць 99,84% падаючага выпраменьвання. У цэлым, каманда вымерала экранаванне ад электрамагнітных перашкод 481 000 дБ/см2/г ва ўсім X-дыяпазоне, пераўзыходзячы ўсе раней апісаныя сінтэтычныя матэрыялы.
Даследчыкі сцвярджаюць, што, наколькі ім вядома, іх графітавая плёнка з'яўляецца самай тонкай сярод апісаных экрануючых матэрыялаў, з характарыстыкамі экранавання электрамагнітных перашкод, якія могуць задаволіць патрабаванні камерцыйнага прымянення. Яе механічныя ўласцівасці таксама спрыяльныя. Трываласць матэрыялу на разрыў прыблізна 110 МПа (вылічаная з крывых напружання-дэфармацыі матэрыялу, размешчанага на полікарбанатнай падкладцы), вышэйшая, чым у графітавых плёнак, вырашчаных іншымі метадамі. Плёнка таксама гнуткая і можа згінацца 1000 разоў з радыусам выгібу 5 мм без страты сваіх уласцівасцей экранавання электрамагнітных перашкод. Яна таксама тэрмаўстойлівая да 550 °C. Каманда лічыць, што гэтыя і іншыя ўласцівасці азначаюць, што яна можа быць выкарыстана ў якасці ультратонкага, лёгкага, гнуткага і эфектыўнага матэрыялу для экранавання электрамагнітных перашкод для прымянення ў многіх галінах, у тым ліку ў аэракасмічнай, а таксама ў электроніцы і оптаэлектроніцы.
Чытайце пра найбольш значныя і цікавыя дасягненні ў галіне матэрыялазнаўства ў гэтым новым часопісе з адкрытым доступам.
«Physics World» з'яўляецца ключавой часткай місіі выдавецтва IOP Publishing па данясенні даследаванняў і інавацый сусветнага ўзроўню да як мага большай аўдыторыі. Вэб-сайт з'яўляецца часткай партфоліа «Physics World», які прадстаўляе сабой набор анлайн-, лічбавых і друкаваных інфармацыйных паслуг для сусветнай навуковай супольнасці.
Час публікацыі: 07 мая 2020 г.