Täname teid Physics Worldi registreerumise eest. Kui soovite oma andmeid igal ajal muuta, külastage palun Minu kontot.
Grafiitkiled võivad elektroonikaseadmeid elektromagnetilise (EM) kiirguse eest kaitsta, kuid praegused nende tootmismeetodid võtavad mitu tundi ja nõuavad umbes 3000 °C töötlemistemperatuuri. Hiina Teaduste Akadeemia Shenyangi riikliku materjaliteaduse labori teadlaste meeskond on nüüd demonstreerinud alternatiivset viisi kvaliteetsete grafiitkilede valmistamiseks vaid mõne sekundiga, kustutades kuumi nikkelfooliumiribasid etanoolis. Nende kilede kasvukiirus on enam kui kaks suurusjärku suurem kui olemasolevate meetodite puhul ning kilede elektrijuhtivus ja mehaaniline tugevus on võrdne keemilise aurustamise (CVD) abil valmistatud kilede omaga.
Kõik elektroonikaseadmed tekitavad mingil määral elektromagnetilist kiirgust. Kuna seadmed muutuvad üha väiksemaks ja töötavad üha kõrgematel sagedustel, suureneb elektromagnetiliste häirete (EMI) potentsiaal ning see võib kahjustada nii seadme enda kui ka lähedalasuvate elektroonikasüsteemide jõudlust.
Grafiit, süsiniku allotroop, mis on moodustunud van der Waalsi jõudude abil koos hoitavatest grafeenikihtidest, omab mitmeid tähelepanuväärseid elektrilisi, termilisi ja mehaanilisi omadusi, mis muudavad selle tõhusaks kaitseks elektromagnetiliste häirete eest. Kuid selleks, et sellel oleks kõrge elektrijuhtivus, peab see olema väga õhukese kile kujul, mis on oluline praktiliste elektromagnetiliste häirete rakenduste jaoks, kuna see tähendab, et materjal suudab peegeldada ja neelata elektromagnetlaineid, kui need interakteeruvad selle sees olevate laengukandjatega.
Praegu on grafiitkilede valmistamise peamised meetodid kas aromaatsete polümeeride kõrgel temperatuuril pürolüüs või grafeeni (GO) oksiidi või grafeeni nanoslehtede kiht kihi haaval kuhjamine. Mõlemad protsessid nõuavad umbes 3000 °C kõrget temperatuuri ja tund aega kestvat töötlemisaega. CVD-meetodil on nõutavad temperatuurid madalamad (700–1300 °C), kuid nanomeetri paksuste kilede valmistamine võtab isegi vaakumis paar tundi.
Wencai Reni juhitud meeskond on nüüd mõne sekundiga tootnud kümnete nanomeetrite paksuse kvaliteetse grafiidikile, kuumutades nikkelfooliumi argooniatmosfääris temperatuurini 1200 °C ja seejärel kastes selle fooliumi kiiresti etanooli temperatuuril 0 °C. Etanooli lagunemisel tekkivad süsinikuaatomid difundeeruvad ja lahustuvad niklis tänu metalli kõrgele süsiniku lahustuvusele (0,4 massiprotsenti temperatuuril 1200 °C). Kuna see süsiniku lahustuvus madalal temperatuuril oluliselt väheneb, eralduvad süsinikuaatomid seejärel karastamise ajal nikli pinnalt ja sadestuvad, moodustades paksu grafiidikile. Teadlased teatavad, et nikli suurepärane katalüütiline aktiivsus aitab kaasa ka väga kristallilise grafiidi moodustumisele.
Kasutades kõrglahutusega transmissioonmikroskoopia, röntgendifraktsiooni ja Ramani spektroskoopia kombinatsiooni, leidsid Ren ja tema kolleegid, et nende toodetud grafiit oli suurtel pindadel väga kristalliline, hästi kihiline ja ei sisaldanud nähtavaid defekte. Kile elektronjuhtivus oli koguni 2,6 x 105 S/m, mis sarnaneb CVD- või kõrgtemperatuursete tehnikate ja GO/grafeenkilede pressimise teel kasvatatud kiledega.
Materjali elektromagnetkiirguse blokeerimise efektiivsuse testimiseks kandis meeskond polüetüleentereftalaadist (PET) valmistatud aluspindadele 600 mm2 pindalaga kiled. Seejärel mõõtsid nad kile elektromagnetilise varjestuse efektiivsust (SE) X-sagedusriba sagedusalas vahemikus 8,2–12,4 GHz. Nad leidsid umbes 77 nm paksuse kile puhul EMI SE-ks üle 14,92 dB. See väärtus suureneb kogu X-sagedusribas üle 20 dB-ni (minimaalne väärtus, mis on vajalik kommertsrakenduste jaoks), kui nad virnastavad kokku rohkem kilesid. Tõepoolest, viiest virnastatud grafiitkilest (kokku umbes 385 nm paksused) koosneva kile EMI SE on umbes 28 dB, mis tähendab, et materjal suudab blokeerida 99,84% langevast kiirgusest. Kokku mõõtis meeskond X-sagedusribas EMI varjestuseks 481 000 dB/cm2/g, mis ületab kõiki varem teatatud sünteetilisi materjale.
Teadlaste sõnul on nende grafiitkile teadaolevate varjestusmaterjalide seas kõige õhem, mille elektromagnetiliste häirete varjestusomadused vastavad kommertsrakenduste nõuetele. Ka selle mehaanilised omadused on soodsad. Materjali purunemistugevus, mis on umbes 110 MPa (saadud polükarbonaatalusele asetatud materjali pinge-deformatsiooni kõveratelt), on kõrgem kui teiste meetoditega kasvatatud grafiitkiledel. Kile on ka painduv ja seda saab painutada 1000 korda 5 mm painutusraadiusega, kaotamata oma elektromagnetiliste häirete varjestusomadusi. See on ka termiliselt stabiilne kuni 550 °C. Meeskond usub, et need ja muud omadused tähendavad, et seda saaks kasutada üliõhukese, kerge, paindliku ja tõhusa elektromagnetiliste häirete varjestusmaterjalina paljudes valdkondades, sealhulgas lennunduses, elektroonikas ja optoelektroonikas.
Loe sellest uuest avatud juurdepääsuga ajakirjast materjaliteaduse kõige olulisemaid ja põnevamaid edusamme.
Physics World on IOP Publishingu missioonile oluline osa, milleks on maailmatasemel teadusuuringute ja innovatsiooni edastamine võimalikult laiale publikule. Veebisait on osa Physics Worldi portfooliost, mis on veebipõhiste, digitaalsete ja trükitud teabeteenuste kogum ülemaailmsele teadusringkonnale.
Postituse aeg: 07.05.2020