Diolch am gofrestru gyda Physics World Os hoffech newid eich manylion ar unrhyw adeg, ewch i Fy nghyfrif
Gall ffilmiau graffit amddiffyn dyfeisiau electronig rhag ymbelydredd electromagnetig (EM), ond mae technegau cyfredol ar gyfer eu gweithgynhyrchu yn cymryd sawl awr ac yn gofyn am dymheredd prosesu o tua 3000 °C. Mae tîm o ymchwilwyr o Labordy Cenedlaethol Shenyang ar gyfer Gwyddor Deunyddiau yn Academi Gwyddorau Tsieina bellach wedi dangos ffordd amgen o wneud ffilmiau graffit o ansawdd uchel mewn ychydig eiliadau yn unig trwy ddiffodd stribedi poeth o ffoil nicel mewn ethanol. Mae cyfradd twf y ffilmiau hyn fwy na dwy urdd maint yn uwch nag mewn dulliau presennol, ac mae dargludedd trydanol a chryfder mecanyddol y ffilmiau ar yr un lefel â rhai ffilmiau a wneir gan ddefnyddio dyddodiad anwedd cemegol (CVD).
Mae pob dyfais electronig yn cynhyrchu rhywfaint o ymbelydredd EM. Wrth i ddyfeisiau ddod yn llai ac yn gweithredu ar amleddau uwch ac uwch, mae'r potensial ar gyfer ymyrraeth electromagnetig (EMI) yn tyfu, a gall effeithio'n andwyol ar berfformiad y ddyfais yn ogystal â pherfformiad systemau electronig cyfagos.
Mae gan graffit, allotrop o garbon wedi'i adeiladu o haenau o graffen sy'n cael eu dal at ei gilydd gan rymoedd van der Waals, nifer o briodweddau trydanol, thermol a mecanyddol rhyfeddol sy'n ei wneud yn darian effeithiol yn erbyn EMI. Fodd bynnag, mae angen iddo fod ar ffurf ffilm denau iawn er mwyn iddo gael dargludedd trydanol uchel, sy'n bwysig ar gyfer cymwysiadau EMI ymarferol oherwydd ei fod yn golygu y gall y deunydd adlewyrchu ac amsugno tonnau EM wrth iddynt ryngweithio â'r cludwyr gwefr y tu mewn iddo.
Ar hyn o bryd, y prif ffyrdd o wneud ffilm graffit yw naill ai pyrolysis tymheredd uchel polymerau aromatig neu bentyrru nanosheetau ocsid graffen (GO) neu graffen haen wrth haen. Mae'r ddau broses yn gofyn am dymheredd uchel o tua 3000 °C ac amseroedd prosesu o awr. Mewn CVD, mae'r tymereddau gofynnol yn is (rhwng 700 a 1300 °C), ond mae'n cymryd ychydig oriau i wneud ffilmiau nanometr o drwch, hyd yn oed mewn gwactod.
Mae tîm dan arweiniad Wencai Ren bellach wedi cynhyrchu ffilm graffit o ansawdd uchel degau o nanometrau o drwch o fewn ychydig eiliadau trwy gynhesu ffoil nicel i 1200 °C mewn awyrgylch argon ac yna trochi'r ffoil hon yn gyflym mewn ethanol ar 0 °C. Mae'r atomau carbon a gynhyrchir o ddadelfennu ethanol yn tryledu ac yn hydoddi i'r nicel diolch i hydoddedd carbon uchel y metel (0.4% pwysau ar 1200 °C). Gan fod yr hydoddedd carbon hwn yn lleihau'n fawr ar dymheredd isel, mae'r atomau carbon wedyn yn gwahanu ac yn gwaddodi o wyneb y nicel yn ystod diffodd, gan gynhyrchu ffilm graffit drwchus. Mae'r ymchwilwyr yn adrodd bod gweithgaredd catalytig rhagorol nicel hefyd yn cynorthwyo ffurfio graffit hynod grisialog.
Gan ddefnyddio cyfuniad o ficrosgopeg trawsyrru cydraniad uchel, diffractiad pelydr-X a sbectrosgopeg Raman, canfu Ren a'i gydweithwyr fod y graffit a gynhyrchwyd ganddynt yn grisialog iawn dros ardaloedd mawr, wedi'i haenu'n dda ac nad oedd yn cynnwys unrhyw ddiffygion gweladwy. Roedd dargludedd electronau'r ffilm mor uchel â 2.6 x 105 S/m, yn debyg i ffilmiau a dyfwyd gan dechnegau CVD neu dymheredd uchel a gwasgu ffilmiau GO/graffen.
I brofi pa mor dda y gallai'r deunydd rwystro ymbelydredd EM, trosglwyddodd y tîm ffilmiau ag arwynebedd o 600 mm2 ar swbstradau wedi'u gwneud o polyethylen tereffthalad (PET). Yna fe wnaethant fesur effeithiolrwydd cysgodi EMI (SE) y ffilm yn yr ystod amledd band-X, rhwng 8.2 a 12.4 GHz. Fe wnaethant ganfod EMI SE o fwy na 14.92 dB ar gyfer ffilm tua 77 nm o drwch. Mae'r gwerth hwn yn cynyddu i fwy na 20 dB (y gwerth lleiaf sy'n ofynnol ar gyfer cymwysiadau masnachol) yn y band-X cyfan pan wnaethant bentyrru mwy o ffilmiau at ei gilydd. Yn wir, mae gan ffilm sy'n cynnwys pum darn o ffilmiau graffit wedi'u pentyrru (tua 385 nm o drwch i gyd) EMI SE o tua 28 dB, sy'n golygu y gall y deunydd rwystro 99.84% o'r ymbelydredd sy'n digwydd. At ei gilydd, mesurodd y tîm gysgodi EMI o 481,000 dB/cm2/g ar draws y band-X, gan berfformio'n well na'r holl ddeunyddiau synthetig a adroddwyd yn flaenorol.
Dywed yr ymchwilwyr, hyd eithaf eu gwybodaeth, mai eu ffilm graffit yw'r teneuaf ymhlith y deunyddiau cysgodi a adroddwyd, gyda pherfformiad cysgodi EMI a all fodloni'r gofyniad ar gyfer cymwysiadau masnachol. Mae ei phriodweddau mecanyddol hefyd yn ffafriol. Mae cryfder torri'r deunydd o tua 110 MPa (wedi'i dynnu o gromliniau straen-ymestyn y deunydd a osodir ar gefnogaeth polycarbonad) yn uwch na chryfder ffilmiau graffit a dyfir gan y dulliau eraill. Mae'r ffilm yn hyblyg hefyd, a gellir ei phlygu 1000 o weithiau gyda radiws plygu o 5 mm heb golli ei phriodweddau cysgodi EMI. Mae hefyd yn sefydlog yn thermol hyd at 550 °C. Mae'r tîm yn credu bod y rhain a phriodweddau eraill yn golygu y gellid ei ddefnyddio fel deunydd cysgodi EMI ultra-denau, ysgafn, hyblyg ac effeithiol ar gyfer cymwysiadau mewn sawl maes, gan gynnwys awyrofod yn ogystal ag electroneg ac optoelectroneg.
Darllenwch y datblygiadau mwyaf arwyddocaol a chyffrous mewn gwyddor deunyddiau yn y cyfnodolyn mynediad agored newydd hwn.
Mae Physics World yn cynrychioli rhan allweddol o genhadaeth IOP Publishing i gyfleu ymchwil ac arloesedd o'r radd flaenaf i'r gynulleidfa ehangaf bosibl. Mae'r wefan yn rhan o bortffolio Physics World, casgliad o wasanaethau gwybodaeth ar-lein, digidol a phrint ar gyfer y gymuned wyddonol fyd-eang.
Amser postio: Mai-07-2020