Dankon pro via registrado ĉe Physics World. Se vi iam ajn volas ŝanĝi viajn detalojn, bonvolu viziti Mian konton.
Grafitaj filmoj povas ŝirmi elektronikajn aparatojn kontraŭ elektromagneta (EM) radiado, sed nunaj teknikoj por ilia fabrikado daŭras plurajn horojn kaj postulas prilaborajn temperaturojn de ĉirkaŭ 3000 °C. Teamo de esploristoj de la Shenyang Nacia Laboratorio por Materiala Scienco ĉe la Ĉina Akademio de Sciencoj nun montris alternativan manieron fari altkvalitajn grafitajn filmojn en nur kelkaj sekundoj per malvarmigo de varmaj strioj de nikela folio en etanolo. La kreskorapideco por ĉi tiuj filmoj estas pli ol du grandordojn pli alta ol en ekzistantaj metodoj, kaj la elektra konduktiveco kaj mekanika forto de la filmoj estas samnivelaj kun tiuj de filmoj faritaj per kemia vapora demetado (CVD).
Ĉiuj elektronikaj aparatoj produktas iom da elektromagneta radiado. Ĉar aparatoj fariĝas ĉiam pli malgrandaj kaj funkcias je pli kaj pli altaj frekvencoj, la potencialo por elektromagneta interfero (EMI) kreskas, kaj povas negative influi la funkciadon de la aparato same kiel tiun de proksimaj elektronikaj sistemoj.
Grafito, alotropo de karbono konstruita el tavoloj de grafeno tenataj kune per fortoj de van der Waals, havas kelkajn rimarkindajn elektrajn, termikajn kaj mekanikajn ecojn, kiuj faras ĝin efika ŝildo kontraŭ EMI. Tamen, ĝi devas esti en la formo de tre maldika filmo por ke ĝi havu altan elektran konduktivecon, kio gravas por praktikaj EMI-aplikoj ĉar ĝi signifas, ke la materialo povas reflekti kaj absorbi EM-ondojn dum ili interagas kun la ŝargoportiloj interne de ĝi.
Nuntempe, la ĉefaj manieroj fari grafitan filmon implikas aŭ alt-temperaturan pirolizon de aromaj polimeroj aŭ stakigadon de grafeno (GO) oksido aŭ grafeno-nanofolioj tavolo post tavolo. Ambaŭ procezoj postulas altajn temperaturojn de ĉirkaŭ 3000 °C kaj prilaborajn tempojn de unu horo. En CVD, la bezonataj temperaturoj estas pli malaltaj (inter 700 kaj 1300 °C), sed necesas kelkaj horoj por fari nanometro-dikajn filmojn, eĉ en vakuo.
Teamo gvidata de Wencai Ren nun produktis altkvalitan grafitan filmon dekojn da nanometroj dikan ene de kelkaj sekundoj per varmigo de nikelfolio ĝis 1200 °C en argona atmosfero kaj poste rapide mergante ĉi tiun folion en etanolo je 0 °C. La karbonatomoj produktitaj el la putriĝo de etanolo difuziĝas kaj dissolviĝas en la nikelon danke al la alta karbona solvebleco de la metalo (0.4 pez% je 1200 °C). Ĉar ĉi tiu karbona solvebleco multe malpliiĝas je malalta temperaturo, la karbonatomoj poste disiĝas kaj precipitas de la nikela surfaco dum malvarmigo, produktante dikan grafitan filmon. La esploristoj raportas, ke la bonega kataliza aktiveco de nikelo ankaŭ helpas la formadon de tre kristala grafito.
Uzante kombinaĵon de alt-rezolucia transmisia mikroskopio, rentgen-difrakto kaj Ramana spektroskopio, Ren kaj kolegoj trovis, ke la grafito, kiun ili produktis, estis tre kristala sur grandaj areoj, bone tavoligita kaj ne enhavis videblajn difektojn. La elektrona konduktiveco de la filmo estis tiel alta kiel 2,6 x 10⁵ S/m, simile al filmoj kreskigitaj per CVD aŭ alt-temperaturaj teknikoj kaj premado de GO/grafenaj filmoj.
Por testi kiom bone la materialo povus bloki elektromagnetan radiadon, la teamo translokigis filmojn kun surfaca areo de 600 mm² sur substratojn faritajn el polietilena tereftalato (PET). Ili poste mezuris la EMI-ŝirman efikecon (SE) de la filmo en la X-bendo frekvenca gamo, inter 8,2 kaj 12,4 GHz. Ili trovis EMI SE de pli ol 14,92 dB por filmo ĉirkaŭ 77 nm dika. Ĉi tiu valoro pliiĝas al pli ol 20 dB (la minimuma valoro postulata por komercaj aplikoj) en la tuta X-bendo kiam ili stakigis pli da filmoj kune. Efektive, filmo enhavanta kvin pecojn de stakigitaj grafitaj filmoj (ĉirkaŭ 385 nm dikaj entute) havas EMI SE de ĉirkaŭ 28 dB, kio signifas, ke la materialo povas bloki 99,84% de la incida radiado. Entute, la teamo mezuris EMI-ŝirman efikecon de 481 000 dB/cm²/g trans la X-bendo, superante ĉiujn antaŭe raportitajn sintezajn materialojn.
La esploristoj diras, ke laŭ ilia scio, ilia grafita filmo estas la plej maldika inter raportitaj ŝirmaj materialoj, kun EMI-ŝirma agado, kiu povas kontentigi la postulojn por komercaj aplikoj. Ĝiaj mekanikaj ecoj ankaŭ estas favoraj. La rompiĝa forto de la materialo de proksimume 110 MPa (ekstriktita el streĉo-deformaj kurboj de la materialo metita sur polikarbonatan subtenon) estas pli alta ol tiu de grafitaj filmoj kreskigitaj per la aliaj metodoj. La filmo estas ankaŭ fleksebla kaj povas esti fleksita 1000 fojojn kun fleksoradiuso de 5 mm sen perdi siajn EMI-ŝirmajn ecojn. Ĝi ankaŭ estas termike stabila ĝis 550 °C. La teamo kredas, ke ĉi tiuj kaj aliaj ecoj signifas, ke ĝi povus esti uzata kiel ultramaldika, malpeza, fleksebla kaj efika EMI-ŝirma materialo por aplikoj en multaj kampoj, inkluzive de aerspaca, elektronika kaj optoelektronika industrioj.
Legu la plej signifajn kaj ekscitajn progresojn en materialscienco en ĉi tiu nova malferma alirebla revuo.
Physics World reprezentas ŝlosilan parton de la misio de IOP Publishing komuniki mondnivelan esploradon kaj novigadon al la plej vasta ebla publiko. La retejo formas parton de la Physics World-portfolio, kolekto de interretaj, ciferecaj kaj presitaj informservoj por la tutmonda scienca komunumo.
Afiŝtempo: 7-a de majo 2020