Grazas por rexistrarte en Physics World. Se queres cambiar os teus datos en calquera momento, visita A miña conta.
As películas de grafito poden protexer os dispositivos electrónicos da radiación electromagnética (EM), pero as técnicas actuais para a súa fabricación levan varias horas e requiren temperaturas de procesamento duns 3000 °C. Un equipo de investigadores do Laboratorio Nacional de Ciencia dos Materiais de Shenyang da Academia Chinesa das Ciencias demostrou agora unha forma alternativa de fabricar películas de grafito de alta calidade en só uns segundos mediante o arrefriamento rápido de tiras quentes de lámina de níquel en etanol. A taxa de crecemento destas películas é máis de dúas ordes de magnitude maior que nos métodos existentes, e a condutividade eléctrica e a resistencia mecánica das películas están á par coas das películas fabricadas mediante deposición química de vapor (CVD).
Todos os dispositivos electrónicos producen algunha radiación electromagnética. A medida que os dispositivos se fan cada vez máis pequenos e funcionan a frecuencias cada vez máis altas, o potencial de interferencia electromagnética (EMI) medra e pode afectar negativamente o rendemento do dispositivo, así como o dos sistemas electrónicos próximos.
O grafito, un alótropo do carbono construído a partir de capas de grafeno unidas por forzas de van der Waals, ten unha serie de propiedades eléctricas, térmicas e mecánicas notables que o converten nun escudo eficaz contra as interferencias electromagnéticas (EMI). Non obstante, debe ter a forma dunha película moi fina para que teña unha alta condutividade eléctrica, o que é importante para as aplicacións prácticas de EMI porque significa que o material pode reflectir e absorber as ondas electromagnéticas a medida que interactúan cos portadores de carga do seu interior.
Na actualidade, as principais formas de fabricar películas de grafito implican a pirólise a alta temperatura de polímeros aromáticos ou o apilamento de óxido de grafeno (GO) ou nanocapas de grafeno capa por capa. Ambos procesos requiren altas temperaturas, duns 3000 °C, e tempos de procesamento dunha hora. Na deposición química en vacio (CVD), as temperaturas requiridas son máis baixas (entre 700 e 1300 °C), pero lévanse unhas cantas horas fabricar películas de nanometros de grosor, mesmo no baleiro.
Un equipo dirixido por Wencai Ren produciu unha película de grafito de alta calidade de decenas de nanómetros de grosor en poucos segundos quentando unha lámina de níquel a 1200 °C nunha atmosfera de argon e logo mergullando rapidamente esta lámina en etanol a 0 °C. Os átomos de carbono producidos pola descomposición do etanol difúndense e disólvense no níquel grazas á alta solubilidade do carbono do metal (0,4 % en peso a 1200 °C). Debido a que esta solubilidade do carbono diminúe considerablemente a baixa temperatura, os átomos de carbono segréganse e precipitan posteriormente da superficie do níquel durante o arrefriamento, producindo unha película de grafito grosa. Os investigadores informan de que a excelente actividade catalítica do níquel tamén axuda á formación de grafito altamente cristalino.
Usando unha combinación de microscopía de transmisión de alta resolución, difracción de raios X e espectroscopia Raman, Ren e os seus colegas descubriron que o grafito que produciron era altamente cristalino en grandes áreas, ben estratificado e non contiña defectos visibles. A condutividade electrónica da película era de ata 2,6 x 105 S/m, similar ás películas cultivadas por CVD ou técnicas de alta temperatura e prensado de películas de GO/grafeno.
Para comprobar a eficacia do material para bloquear a radiación electromagnética, o equipo transferiu películas cunha superficie de 600 mm2 a substratos feitos de tereftalato de polietileno (PET). Despois, mediron a eficacia do blindaxe EMI (SE) da película no rango de frecuencias da banda X, entre 8,2 e 12,4 GHz. Atoparon unha SE EMI de máis de 14,92 dB para unha película de aproximadamente 77 nm de grosor. Este valor aumenta a máis de 20 dB (o valor mínimo requirido para aplicacións comerciais) en toda a banda X cando apilaron máis películas xuntas. De feito, unha película que contén cinco pezas de películas de grafito apiladas (dun total de arredor de 385 nm de grosor) ten unha SE EMI de arredor de 28 dB, o que significa que o material pode bloquear o 99,84 % da radiación incidente. En xeral, o equipo mediu unha blindaxe EMI de 481 000 dB/cm2/g en toda a banda X, superando a todos os materiais sintéticos descritos anteriormente.
Os investigadores afirman que, segundo o seu coñecemento, a súa película de grafito é a máis delgada entre os materiais de blindaxe rexistrados, cun rendemento de blindaxe EMI que pode satisfacer o requisito para aplicacións comerciais. As súas propiedades mecánicas tamén son favorables. A resistencia á fractura do material, duns 110 MPa (extraída das curvas de tensión-deformación do material colocado sobre un soporte de policarbonato), é maior que a das películas de grafito cultivadas mediante outros métodos. A película tamén é flexible e pódese dobrar 1000 veces cun radio de curvatura de 5 mm sen perder as súas propiedades de blindaxe EMI. Tamén é termicamente estable ata 550 °C. O equipo cre que estas e outras propiedades significan que se podería usar como un material de blindaxe EMI ultrafino, lixeiro, flexible e eficaz para aplicacións en moitas áreas, incluíndo a aeroespacial, así como a electrónica e a optoelectrónica.
Lea os avances máis significativos e interesantes na ciencia dos materiais nesta nova revista de acceso aberto.
Physics World representa unha parte fundamental da misión de IOP Publishing de comunicar a investigación e a innovación de primeiro nivel ao público máis amplo posible. O sitio web forma parte da carteira de Physics World, unha colección de servizos de información en liña, dixitais e impresos para a comunidade científica mundial.
Data de publicación: 07 de maio de 2020