Hvala vam što ste se registrirali na Physics World. Ako želite promijeniti svoje podatke u bilo kojem trenutku, posjetite Moj račun.
Grafitni filmovi mogu zaštititi elektroničke uređaje od elektromagnetskog (EM) zračenja, ali trenutne tehnike za njihovu proizvodnju traju nekoliko sati i zahtijevaju temperaturu obrade od oko 3000 °C. Tim istraživača iz Nacionalnog laboratorija za znanost o materijalima Shenyang pri Kineskoj akademiji znanosti sada je demonstrirao alternativni način izrade visokokvalitetnih grafitnih filmova u samo nekoliko sekundi kaljenjem vrućih traka niklove folije u etanolu. Brzina rasta za ove filmove je više od dva reda veličine veća nego u postojećim metodama, a električna vodljivost i mehanička čvrstoća filmova su u rangu s onima filmova izrađenih kemijskim taloženjem iz parne faze (CVD).
Svi elektronički uređaji proizvode određenu količinu EM zračenja. Kako uređaji postaju sve manji i rade na sve višim frekvencijama, potencijal za elektromagnetske smetnje (EMI) raste i može negativno utjecati na performanse uređaja, kao i na obližnje elektroničke sustave.
Grafit, alotrop ugljika izgrađen od slojeva grafena koje drže zajedno van der Waalsove sile, ima niz izvanrednih električnih, toplinskih i mehaničkih svojstava koja ga čine učinkovitim štitom od EMI-ja. Međutim, mora biti u obliku vrlo tankog filma da bi imao visoku električnu vodljivost, što je važno za praktične EMI primjene jer to znači da materijal može reflektirati i apsorbirati EM valove dok oni međudjeluju s nosiocima naboja unutar njega.
Trenutno, glavni načini izrade grafitnog filma uključuju ili visokotemperaturnu pirolizu aromatskih polimera ili slaganje grafen (GO) oksida ili grafen nanoslojeva sloj po sloj. Oba procesa zahtijevaju visoke temperature od oko 3000 °C i vrijeme obrade od sat vremena. U CVD-u, potrebne temperature su niže (između 700 i 1300 °C), ali potrebno je nekoliko sati za izradu nanometarskih filmova, čak i u vakuumu.
Tim predvođen Wencai Renom sada je proizveo visokokvalitetni grafitni film debljine nekoliko desetaka nanometara u roku od nekoliko sekundi zagrijavanjem niklove folije na 1200 °C u atmosferi argona, a zatim brzim uranjanjem te folije u etanol na 0 °C. Atomi ugljika nastali razgradnjom etanola difundiraju i otapaju se u nikalu zahvaljujući visokoj topljivosti ugljika u metalu (0,4 težinska % na 1200 °C). Budući da se ova topljivost ugljika uvelike smanjuje na niskim temperaturama, atomi ugljika se potom odvajaju i talože s površine nikla tijekom gašenja, stvarajući debeli grafitni film. Istraživači izvještavaju da izvrsna katalitička aktivnost nikla također pomaže stvaranju visoko kristalnog grafita.
Koristeći kombinaciju transmisijske mikroskopije visoke rezolucije, rendgenske difrakcije i Ramanove spektroskopije, Ren i kolege otkrili su da je grafit koji su proizveli bio visoko kristalan na velikim površinama, dobro slojevit i nije sadržavao vidljive defekte. Elektronska vodljivost filma bila je visoka i do 2,6 x 10⁶ S/m, slično filmovima uzgojenim CVD-om ili tehnikama visoke temperature i prešanjem GO/grafenskih filmova.
Kako bi testirali koliko dobro materijal može blokirati EM zračenje, tim je prenio filmove površine 600 mm2 na podloge izrađene od polietilen tereftalata (PET). Zatim su izmjerili učinkovitost EMI zaštite (SE) filma u frekvencijskom rasponu X-pojasa, između 8,2 i 12,4 GHz. Otkrili su EMI SE veći od 14,92 dB za film debljine približno 77 nm. Ova vrijednost raste na više od 20 dB (minimalna vrijednost potrebna za komercijalne primjene) u cijelom X-pojasu kada su složili više filmova zajedno. Doista, film koji sadrži pet komada naslaganih grafitnih filmova (ukupne debljine oko 385 nm) ima EMI SE od oko 28 dB, što znači da materijal može blokirati 99,84% upadnog zračenja. Sveukupno, tim je izmjerio EMI zaštitu od 481 000 dB/cm2/g u cijelom X-pojasu, nadmašujući sve prethodno zabilježene sintetičke materijale.
Istraživači kažu da je, koliko im je poznato, njihov grafitni film najtanji među prijavljenim zaštitnim materijalima, s performansama EMI zaštite koje mogu zadovoljiti zahtjeve za komercijalne primjene. Njegova mehanička svojstva su također povoljna. Čvrstoća materijala na lom od otprilike 110 MPa (izvučena iz krivulja naprezanja i deformacije materijala postavljenog na polikarbonatni nosač) veća je od one kod grafitnih filmova uzgojenih drugim metodama. Film je također fleksibilan i može se savijati 1000 puta s radijusom savijanja od 5 mm bez gubitka svojstava EMI zaštite. Također je termički stabilan do 550 °C. Tim vjeruje da ova i druga svojstva znače da bi se mogao koristiti kao ultratanki, lagani, fleksibilni i učinkoviti EMI zaštitni materijal za primjenu u mnogim područjima, uključujući zrakoplovstvo, kao i elektroniku i optoelektroniku.
Pročitajte najznačajnija i najuzbudljivija dostignuća u znanosti o materijalima u ovom novom časopisu otvorenog pristupa.
Physics World predstavlja ključni dio misije IOP Publishinga da komunicira istraživanja i inovacije svjetske klase najširoj mogućoj publici. Web stranica dio je portfelja Physics World, zbirke online, digitalnih i tiskanih informacijskih usluga za globalnu znanstvenu zajednicu.
Vrijeme objave: 07.05.2020.