ઝડપથી વિકસતી ગ્રેફાઇટ ફિલ્મ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશનને અવરોધે છે

ફિઝિક્સ વર્લ્ડમાં નોંધણી કરાવવા બદલ આભાર. જો તમે કોઈપણ સમયે તમારી વિગતો બદલવા માંગતા હો, તો કૃપા કરીને મારા એકાઉન્ટની મુલાકાત લો.

ગ્રેફાઇટ ફિલ્મો ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક (EM) રેડિયેશનથી બચાવી શકે છે, પરંતુ તેમના ઉત્પાદન માટેની વર્તમાન તકનીકોમાં ઘણા કલાકો લાગે છે અને લગભગ 3000 °C તાપમાનની પ્રક્રિયાની જરૂર પડે છે. ચાઇનીઝ એકેડેમી ઓફ સાયન્સમાં શેન્યાંગ નેશનલ લેબોરેટરી ફોર મટિરિયલ્સ સાયન્સના સંશોધકોની એક ટીમે હવે ઇથેનોલમાં નિકલ ફોઇલના ગરમ પટ્ટાઓને ઓગાળીને માત્ર થોડી સેકંડમાં ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળી ગ્રેફાઇટ ફિલ્મો બનાવવાની વૈકલ્પિક રીત દર્શાવી છે. આ ફિલ્મોનો વિકાસ દર હાલની પદ્ધતિઓ કરતા બે ક્રમ કરતાં વધુ તીવ્રતાનો છે, અને ફિલ્મોની વિદ્યુત વાહકતા અને યાંત્રિક શક્તિ રાસાયણિક વરાળ નિક્ષેપન (CVD) નો ઉપયોગ કરીને બનાવવામાં આવતી ફિલ્મોની સમાન છે.

બધા ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો કેટલાક EM રેડિયેશન ઉત્પન્ન કરે છે. જેમ જેમ ઉપકરણો નાના થતા જાય છે અને ઉચ્ચ અને ઉચ્ચ ફ્રીક્વન્સીઝ પર કાર્ય કરે છે, તેમ તેમ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક હસ્તક્ષેપ (EMI) ની સંભાવના વધે છે, અને ઉપકરણ તેમજ નજીકની ઇલેક્ટ્રોનિક સિસ્ટમોના પ્રદર્શન પર પ્રતિકૂળ અસર કરી શકે છે.

ગ્રેફાઇટ, વાન ડેર વાલ્સ દળો દ્વારા એકસાથે રાખેલા ગ્રાફીનના સ્તરોમાંથી બનેલ કાર્બનનો એલોટ્રોપ, તેમાં અનેક નોંધપાત્ર વિદ્યુત, થર્મલ અને યાંત્રિક ગુણધર્મો છે જે તેને EMI સામે અસરકારક કવચ બનાવે છે. જો કે, ઉચ્ચ વિદ્યુત વાહકતા ધરાવવા માટે તે ખૂબ જ પાતળી ફિલ્મના સ્વરૂપમાં હોવું જરૂરી છે, જે વ્યવહારુ EMI એપ્લિકેશનો માટે મહત્વપૂર્ણ છે કારણ કે તેનો અર્થ એ છે કે સામગ્રી તેની અંદરના ચાર્જ કેરિયર્સ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતી વખતે EM તરંગોને પ્રતિબિંબિત અને શોષી શકે છે.

હાલમાં, ગ્રેફાઇટ ફિલ્મ બનાવવાની મુખ્ય રીતોમાં સુગંધિત પોલિમરનું ઉચ્ચ-તાપમાન પાયરોલિસિસ અથવા ગ્રાફીન (GO) ઓક્સાઇડ અથવા ગ્રાફીન નેનોશીટ્સનું સ્તર-દર-સ્તર સ્ટેકીંગ શામેલ છે. બંને પ્રક્રિયાઓ માટે લગભગ 3000 °C ના ઊંચા તાપમાન અને એક કલાકના પ્રક્રિયા સમયની જરૂર પડે છે. CVD માં, જરૂરી તાપમાન ઓછું હોય છે (700 થી 1300 °C ની વચ્ચે), પરંતુ વેક્યૂમમાં પણ નેનોમીટર-જાડી ફિલ્મ બનાવવામાં થોડા કલાકો લાગે છે.

વેનકાઈ રેનના નેતૃત્વ હેઠળની એક ટીમે હવે આર્ગોન વાતાવરણમાં નિકલ ફોઇલને 1200 °C તાપમાને ગરમ કરીને અને પછી આ ફોઇલને 0 °C તાપમાને ઇથેનોલમાં ઝડપથી ડુબાડીને થોડીક સેકન્ડોમાં દસ નેનોમીટર જાડા ઉચ્ચ ગુણવત્તાની ગ્રેફાઇટ ફિલ્મ બનાવી છે. ઇથેનોલના વિઘટનથી ઉત્પન્ન થતા કાર્બન પરમાણુ ધાતુની ઉચ્ચ કાર્બન દ્રાવ્યતા (1200 °C તાપમાને 0.4 wt%) ને કારણે નિકલમાં ફેલાય છે અને ઓગળી જાય છે. કારણ કે આ કાર્બન દ્રાવ્યતા નીચા તાપમાને ખૂબ જ ઓછી થાય છે, કાર્બન પરમાણુઓ પછીથી શમન દરમિયાન નિકલ સપાટીથી અલગ થઈ જાય છે અને અવક્ષેપિત થાય છે, જેનાથી જાડી ગ્રેફાઇટ ફિલ્મ ઉત્પન્ન થાય છે. સંશોધકોએ અહેવાલ આપ્યો છે કે નિકલની ઉત્તમ ઉત્પ્રેરક પ્રવૃત્તિ ખૂબ જ સ્ફટિકીય ગ્રેફાઇટના નિર્માણમાં પણ મદદ કરે છે.

ઉચ્ચ-રિઝોલ્યુશન ટ્રાન્સમિશન માઇક્રોસ્કોપી, એક્સ-રે વિવર્તન અને રામન સ્પેક્ટ્રોસ્કોપીના સંયોજનનો ઉપયોગ કરીને, રેન અને તેના સાથીઓએ શોધી કાઢ્યું કે તેમણે બનાવેલ ગ્રેફાઇટ મોટા વિસ્તારો પર ખૂબ જ સ્ફટિકીય હતું, સારી રીતે સ્તરીય હતું અને તેમાં કોઈ દૃશ્યમાન ખામીઓ નહોતી. ફિલ્મની ઇલેક્ટ્રોન વાહકતા 2.6 x 105 S/m જેટલી ઊંચી હતી, જે CVD અથવા ઉચ્ચ-તાપમાન તકનીકો અને GO/ગ્રાફીન ફિલ્મોના દબાવીને ઉગાડવામાં આવતી ફિલ્મો જેવી જ હતી.

આ સામગ્રી EM રેડિયેશનને કેટલી સારી રીતે અવરોધિત કરી શકે છે તે ચકાસવા માટે, ટીમે 600 mm2 સપાટી વિસ્તાર ધરાવતી ફિલ્મોને પોલિઇથિલિન ટેરેફ્થાલેટ (PET) થી બનેલા સબસ્ટ્રેટ પર સ્થાનાંતરિત કરી. ત્યારબાદ તેઓએ X-બેન્ડ ફ્રીક્વન્સી રેન્જમાં, 8.2 અને 12.4 GHz વચ્ચે ફિલ્મની EMI શિલ્ડિંગ અસરકારકતા (SE) માપી. તેમને લગભગ 77 nm જાડાઈવાળી ફિલ્મ માટે 14.92 dB થી વધુ EMI SE મળ્યું. જ્યારે તેઓ વધુ ફિલ્મો એકસાથે સ્ટેક કરે છે ત્યારે આ મૂલ્ય સમગ્ર X-બેન્ડમાં 20 dB (વાણિજ્યિક એપ્લિકેશનો માટે જરૂરી ન્યૂનતમ મૂલ્ય) થી વધુ થાય છે. ખરેખર, સ્ટેક્ડ ગ્રેફાઇટ ફિલ્મોના પાંચ ટુકડાઓ (કુલ 385 nm જાડાઈ) ધરાવતી ફિલ્મમાં EMI SE લગભગ 28 dB હોય છે, જેનો અર્થ છે કે સામગ્રી ઘટના રેડિયેશનના 99.84% અવરોધિત કરી શકે છે. એકંદરે, ટીમે X-બેન્ડમાં 481,000 dB/cm2/g ની EMI શિલ્ડિંગ માપી, જે અગાઉ નોંધાયેલા તમામ કૃત્રિમ સામગ્રી કરતાં વધુ સારું પ્રદર્શન કરે છે.

સંશોધકો કહે છે કે તેમના શ્રેષ્ઠ જ્ઞાન મુજબ, તેમની ગ્રેફાઇટ ફિલ્મ અહેવાલિત શિલ્ડિંગ સામગ્રીમાં સૌથી પાતળી છે, જેમાં EMI શિલ્ડિંગ પ્રદર્શન છે જે વ્યાપારી એપ્લિકેશનો માટેની જરૂરિયાતને પૂર્ણ કરી શકે છે. તેના યાંત્રિક ગુણધર્મો પણ અનુકૂળ છે. આ સામગ્રીની ફ્રેક્ચર તાકાત આશરે 110 MPa (પોલીકાર્બોનેટ સપોર્ટ પર મૂકવામાં આવેલા સામગ્રીના તાણ-તાણ વળાંકોમાંથી કાઢવામાં આવે છે) અન્ય પદ્ધતિઓ દ્વારા ઉગાડવામાં આવતી ગ્રેફાઇટ ફિલ્મ કરતા વધારે છે. આ ફિલ્મ લવચીક પણ છે, અને તેના EMI શિલ્ડિંગ ગુણધર્મો ગુમાવ્યા વિના 5 મીમીના બેન્ડિંગ ત્રિજ્યા સાથે 1000 વખત વાળી શકાય છે. તે 550 °C સુધી થર્મલી સ્થિર પણ છે. ટીમ માને છે કે આ અને અન્ય ગુણધર્મોનો અર્થ એ છે કે તેનો ઉપયોગ એરોસ્પેસ તેમજ ઇલેક્ટ્રોનિક્સ અને ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક્સ સહિત ઘણા ક્ષેત્રોમાં એપ્લિકેશન માટે અતિ પાતળી, હલકી, લવચીક અને અસરકારક EMI શિલ્ડિંગ સામગ્રી તરીકે થઈ શકે છે.

આ નવા ઓપન એક્સેસ જર્નલમાં મટીરીયલ સાયન્સમાં સૌથી મહત્વપૂર્ણ અને રોમાંચક પ્રગતિઓ વાંચો.

ફિઝિક્સ વર્લ્ડ, IOP પબ્લિશિંગના વિશ્વ-સ્તરીય સંશોધન અને નવીનતાને શક્ય તેટલા વ્યાપક પ્રેક્ષકો સુધી પહોંચાડવાના મિશનનો મુખ્ય ભાગ રજૂ કરે છે. આ વેબસાઇટ ફિઝિક્સ વર્લ્ડ પોર્ટફોલિયોનો એક ભાગ છે, જે વૈશ્વિક વૈજ્ઞાનિક સમુદાય માટે ઓનલાઈન, ડિજિટલ અને પ્રિન્ટ માહિતી સેવાઓનો સંગ્રહ છે.