Hvala vam što ste se registrovali na Physics World. Ako želite promijeniti svoje podatke u bilo kojem trenutku, posjetite Moj račun.
Grafitni filmovi mogu zaštititi elektronske uređaje od elektromagnetnog (EM) zračenja, ali trenutne tehnike za njihovu proizvodnju traju nekoliko sati i zahtijevaju temperaturu obrade od oko 3000 °C. Tim istraživača iz Nacionalne laboratorije za nauku o materijalima Shenyang pri Kineskoj akademiji nauka sada je demonstrirao alternativni način izrade visokokvalitetnih grafitnih filmova za samo nekoliko sekundi kaljenjem vrućih traka niklove folije u etanolu. Brzina rasta za ove filmove je više od dva reda veličine veća nego kod postojećih metoda, a električna provodljivost i mehanička čvrstoća filmova su u rangu s onima kod filmova napravljenih korištenjem hemijskog taloženja iz pare (CVD).
Svi elektronski uređaji proizvode određenu količinu EM zračenja. Kako uređaji postaju sve manji i rade na sve višim frekvencijama, potencijal za elektromagnetne smetnje (EMI) raste i može negativno uticati na performanse uređaja, kao i na performanse obližnjih elektronskih sistema.
Grafit, alotrop ugljika izgrađen od slojeva grafena koje drže zajedno van der Waalsove sile, ima niz izvanrednih električnih, termičkih i mehaničkih svojstava koja ga čine efikasnim štitom od EMI-ja. Međutim, mora biti u obliku vrlo tankog filma da bi imao visoku električnu provodljivost, što je važno za praktične EMI primjene jer to znači da materijal može reflektirati i apsorbirati EM valove dok oni interaguju s nosiocima naboja unutar njega.
Trenutno, glavni načini izrade grafitnog filma uključuju ili visokotemperaturnu pirolizu aromatičnih polimera ili slaganje grafen (GO) oksida ili grafen nanoslojeva sloj po sloj. Oba procesa zahtijevaju visoke temperature od oko 3000 °C i vrijeme obrade od sat vremena. Kod CVD-a, potrebne temperature su niže (između 700 i 1300 °C), ali je potrebno nekoliko sati za izradu nanometarskih filmova, čak i u vakuumu.
Tim koji predvodi Wencai Ren sada je proizveo visokokvalitetni grafitni film debljine nekoliko desetina nanometara u roku od nekoliko sekundi zagrijavanjem niklove folije na 1200 °C u atmosferi argona, a zatim brzim uranjanjem ove folije u etanol na 0 °C. Atomi ugljika nastali razgradnjom etanola difundiraju i rastvaraju se u niklu zahvaljujući visokoj topljivosti ugljika u metalu (0,4 težinska % na 1200 °C). Budući da se ova topljivost ugljika znatno smanjuje na niskim temperaturama, atomi ugljika se potom odvajaju i talože s površine nikla tokom kaljenja, stvarajući debeli grafitni film. Istraživači izvještavaju da odlična katalitička aktivnost nikla također pomaže u formiranju visoko kristalnog grafita.
Koristeći kombinaciju transmisijske mikroskopije visoke rezolucije, rendgenske difrakcije i Ramanove spektroskopije, Ren i kolege su otkrili da je grafit koji su proizveli bio visoko kristalan na velikim površinama, dobro slojevit i nije sadržavao vidljive defekte. Elektronska provodljivost filma bila je visoka i do 2,6 x 10⁶ S/m, slično filmovima uzgojenim CVD-om ili tehnikama visoke temperature i presovanjem GO/grafenskih filmova.
Kako bi testirali koliko dobro materijal može blokirati EM zračenje, tim je prenio filmove površine 600 mm2 na podloge napravljene od polietilen tereftalata (PET). Zatim su izmjerili efikasnost EMI zaštite (SE) filma u frekventnom opsegu X-pojasa, između 8,2 i 12,4 GHz. Otkrili su EMI SE od preko 14,92 dB za film debljine približno 77 nm. Ova vrijednost se povećava na više od 20 dB (minimalna vrijednost potrebna za komercijalne primjene) u cijelom X-pojasu kada su složili više filmova zajedno. Zaista, film koji sadrži pet komada naslaganih grafitnih filmova (ukupne debljine oko 385 nm) ima EMI SE od oko 28 dB, što znači da materijal može blokirati 99,84% upadnog zračenja. Sveukupno, tim je izmjerio EMI zaštitu od 481.000 dB/cm2/g u cijelom X-pojasu, nadmašujući sve prethodno prijavljene sintetičke materijale.
Istraživači kažu da je, koliko je njima poznato, njihov grafitni film najtanji među prijavljenim zaštitnim materijalima, s performansama EMI zaštite koje mogu zadovoljiti zahtjeve za komercijalne primjene. Njegova mehanička svojstva su također povoljna. Čvrstoća materijala na lom od otprilike 110 MPa (izvučena iz krivulja napona i deformacije materijala postavljenog na polikarbonatni nosač) veća je od čvrstoće grafitnih filmova uzgojenih drugim metodama. Film je također fleksibilan i može se savijati 1000 puta s radijusom savijanja od 5 mm bez gubitka svojih EMI zaštitnih svojstava. Također je termički stabilan do 550 °C. Tim vjeruje da ova i druga svojstva znače da bi se mogao koristiti kao ultratanki, lagani, fleksibilni i učinkoviti EMI zaštitni materijal za primjenu u mnogim područjima, uključujući zrakoplovstvo, kao i elektroniku i optoelektroniku.
Pročitajte najznačajnija i najuzbudljivija dostignuća u nauci o materijalima u ovom novom časopisu otvorenog pristupa.
Physics World predstavlja ključni dio misije IOP Publishinga da komunicira istraživanja i inovacije svjetske klase najširoj mogućoj publici. Web stranica je dio portfolija Physics World, kolekcije online, digitalnih i štampanih informacionih usluga za globalnu naučnu zajednicu.
Vrijeme objave: 07. maj 2020.