तेजी से विकसित हुई ग्रेफाइट फिल्म विद्युत चुम्बकीय विकिरण को रोकती है।

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ग्रेफाइट की परतें इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को विद्युत चुम्बकीय (ईएम) विकिरण से बचा सकती हैं, लेकिन इन्हें बनाने की मौजूदा तकनीकों में कई घंटे लगते हैं और लगभग 3000 डिग्री सेल्सियस के तापमान की आवश्यकता होती है। चीनी विज्ञान अकादमी के शेनयांग राष्ट्रीय सामग्री विज्ञान प्रयोगशाला के शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब इथेनॉल में निकेल पन्नी की गर्म पट्टियों को ठंडा करके कुछ ही सेकंड में उच्च गुणवत्ता वाली ग्रेफाइट परतें बनाने का एक वैकल्पिक तरीका प्रदर्शित किया है। इन परतों के बनने की दर मौजूदा विधियों की तुलना में दो गुना से भी अधिक है, और इनकी विद्युत चालकता और यांत्रिक शक्ति रासायनिक वाष्प निक्षेपण (सीवीडी) विधि से बनी परतों के बराबर है।

सभी इलेक्ट्रॉनिक उपकरण कुछ मात्रा में विद्युत चुम्बकीय विकिरण उत्पन्न करते हैं। जैसे-जैसे उपकरण छोटे होते जाते हैं और उच्च आवृत्ति पर कार्य करते हैं, विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप (ईएमआई) की संभावना बढ़ती जाती है, और यह उपकरण के प्रदर्शन के साथ-साथ आसपास के इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम के प्रदर्शन को भी प्रतिकूल रूप से प्रभावित कर सकता है।

ग्रेफाइट, जो वैन डेर वाल्स बलों द्वारा आपस में जुड़ी ग्रेफीन की परतों से बना कार्बन का एक अपररूप है, में कई उल्लेखनीय विद्युत, ऊष्मीय और यांत्रिक गुण होते हैं जो इसे विद्युत चुम्बकीय तरंगों (ईएम) के विरुद्ध एक प्रभावी ढाल बनाते हैं। हालांकि, उच्च विद्युत चालकता के लिए इसे बहुत पतली परत के रूप में होना आवश्यक है, जो व्यावहारिक ईएम अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है क्योंकि इसका अर्थ है कि पदार्थ अपने भीतर मौजूद आवेश वाहकों के साथ परस्पर क्रिया करने वाली विद्युत चुम्बकीय तरंगों को परावर्तित और अवशोषित कर सकता है।

वर्तमान में, ग्रेफाइट फिल्म बनाने के मुख्य तरीके या तो एरोमैटिक पॉलिमर का उच्च तापमान पर पायरोलिसिस करना है या ग्रेफीन (GO) ऑक्साइड या ग्रेफीन नैनोशीट्स को परत दर परत जमाना है। दोनों प्रक्रियाओं में लगभग 3000 डिग्री सेल्सियस के उच्च तापमान और एक घंटे के प्रसंस्करण समय की आवश्यकता होती है। सीवीडी में, आवश्यक तापमान कम होता है (700 से 1300 डिग्री सेल्सियस के बीच), लेकिन नैनोमीटर-मोटी फिल्में बनाने में, यहां तक ​​कि निर्वात में भी, कुछ घंटे लग जाते हैं।

वेनकाई रेन के नेतृत्व वाली एक टीम ने अब आर्गन वातावरण में निकल पन्नी को 1200 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करके और फिर इस पन्नी को 0 डिग्री सेल्सियस पर इथेनॉल में तेजी से डुबोकर कुछ ही सेकंड में दसियों नैनोमीटर मोटी उच्च गुणवत्ता वाली ग्रेफाइट फिल्म का निर्माण किया है। इथेनॉल के अपघटन से उत्पन्न कार्बन परमाणु निकल की उच्च कार्बन घुलनशीलता (1200 डिग्री सेल्सियस पर 0.4 wt%) के कारण उसमें घुल जाते हैं। चूंकि कम तापमान पर यह कार्बन घुलनशीलता काफी कम हो जाती है, इसलिए ठंडा करने के दौरान कार्बन परमाणु निकल की सतह से अलग होकर अवक्षेपित हो जाते हैं, जिससे एक मोटी ग्रेफाइट फिल्म बनती है। शोधकर्ताओं का कहना है कि निकल की उत्कृष्ट उत्प्रेरक गतिविधि भी अत्यधिक क्रिस्टलीय ग्रेफाइट के निर्माण में सहायक होती है।

उच्च-रिज़ॉल्यूशन ट्रांसमिशन माइक्रोस्कोपी, एक्स-रे विवर्तन और रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी के संयोजन का उपयोग करते हुए, रेन और उनके सहयोगियों ने पाया कि उनके द्वारा उत्पादित ग्रेफाइट बड़े क्षेत्रों में अत्यधिक क्रिस्टलीय, सुव्यवस्थित और बिना किसी दृश्य दोष के था। फिल्म की इलेक्ट्रॉन चालकता 2.6 x 10⁵ S/m जितनी उच्च थी, जो सीवीडी या उच्च-तापमान तकनीकों और जीओ/ग्रेफीन फिल्मों के प्रेसिंग द्वारा विकसित फिल्मों के समान थी।

यह परीक्षण करने के लिए कि यह पदार्थ विद्युत चुम्बकीय विकिरण को कितनी अच्छी तरह से रोक सकता है, टीम ने 600 मिमी² सतह क्षेत्र वाली फिल्मों को पॉलीइथिलीन टेरेफ्थालेट (पीईटी) से बने सब्सट्रेट पर स्थानांतरित किया। फिर उन्होंने 8.2 और 12.4 GHz के बीच X-बैंड आवृत्ति रेंज में फिल्म की ईएमआई परिरक्षण प्रभावशीलता (एसई) को मापा। उन्होंने लगभग 77 एनएम मोटी फिल्म के लिए 14.92 डीबी से अधिक की ईएमआई एसई पाई। जब उन्होंने अधिक फिल्मों को एक साथ रखा, तो यह मान पूरे X-बैंड में 20 डीबी से अधिक (व्यावसायिक अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक न्यूनतम मान) तक बढ़ गया। वास्तव में, स्टैक्ड ग्रेफाइट फिल्मों के पांच टुकड़ों (कुल मिलाकर लगभग 385 एनएम मोटी) वाली फिल्म की ईएमआई एसई लगभग 28 डीबी है, जिसका अर्थ है कि यह पदार्थ आपतित विकिरण के 99.84% को रोक सकता है। कुल मिलाकर, टीम ने X-बैंड में 481,000 डीबी/सेमी²/ग्राम की ईएमआई परिरक्षण क्षमता मापी, जो पहले रिपोर्ट किए गए सभी सिंथेटिक पदार्थों से बेहतर है।

शोधकर्ताओं का कहना है कि उनकी जानकारी के अनुसार, उनकी ग्रेफाइट फिल्म अब तक रिपोर्ट किए गए सभी परिरक्षण पदार्थों में सबसे पतली है, और इसकी ईएमआई परिरक्षण क्षमता व्यावसायिक अनुप्रयोगों की आवश्यकताओं को पूरा कर सकती है। इसके यांत्रिक गुण भी अनुकूल हैं। पॉलीकार्बोनेट सपोर्ट पर रखी गई सामग्री के तनाव-विकृति वक्रों से प्राप्त लगभग 110 एमपीए की इसकी विखंडन क्षमता अन्य विधियों से विकसित ग्रेफाइट फिल्मों की तुलना में अधिक है। यह फिल्म लचीली भी है और 5 मिमी के बेंडिंग रेडियस के साथ इसे 1000 बार मोड़ा जा सकता है, फिर भी इसके ईएमआई परिरक्षण गुण कम नहीं होते। यह 550 डिग्री सेल्सियस तक ऊष्मीय रूप से स्थिर भी है। टीम का मानना ​​है कि इन और अन्य गुणों के कारण इसका उपयोग कई क्षेत्रों में एक अतिपतली, हल्की, लचीली और प्रभावी ईएमआई परिरक्षण सामग्री के रूप में किया जा सकता है, जिसमें एयरोस्पेस, इलेक्ट्रॉनिक्स और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स शामिल हैं।

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