Արագ աճող գրաֆիտային թաղանթը արգելափակում է էլեկտրամագնիսական ճառագայթումը

Շնորհակալություն Physics World-ում գրանցվելու համար։ Եթե ցանկանում եք փոխել ձեր տվյալները ցանկացած պահի, խնդրում ենք այցելել Իմ հաշիվը։

Գրաֆիտային թաղանթները կարող են պաշտպանել էլեկտրոնային սարքերը էլեկտրամագնիսական (ԷՄ) ճառագայթումից, սակայն դրանց արտադրության ներկայիս տեխնիկան տևում է մի քանի ժամ և պահանջում է մոտ 3000°C մշակման ջերմաստիճան: Չինաստանի գիտությունների ակադեմիայի Շենյանի ազգային նյութագիտության լաբորատորիայի հետազոտողների թիմը ցուցադրել է բարձրորակ գրաֆիտային թաղանթներ պատրաստելու այլընտրանքային եղանակ ընդամենը մի քանի վայրկյանում՝ նիկելային փայլաթիթեղի տաք շերտերը էթանոլում մարելով: Այս թաղանթների աճի տեմպը ավելի քան երկու կարգով ավելի բարձր է, քան առկա մեթոդներում, և թաղանթների էլեկտրահաղորդականությունն ու մեխանիկական ամրությունը համապատասխանում են քիմիական գոլորշու նստեցման (ՔԳԱ) միջոցով պատրաստված թաղանթների աճին:

Բոլոր էլեկտրոնային սարքերը որոշակի էլեկտրամագնիսական ճառագայթում են արտադրում: Քանի որ սարքերը դառնում են ավելի փոքր և աշխատում են ավելի ու ավելի բարձր հաճախականություններով, էլեկտրամագնիսական միջամտության (ԷՄԽ) հավանականությունը մեծանում է, և այն կարող է բացասաբար ազդել ինչպես սարքի, այնպես էլ մոտակա էլեկտրոնային համակարգերի աշխատանքի վրա:

Գրաֆիտը, որը վան դեր Վալսի ուժերով միացված գրաֆենի շերտերից կազմված ածխածնի ալոտրոպ է, ունի մի շարք ուշագրավ էլեկտրական, ջերմային և մեխանիկական հատկություններ, որոնք այն դարձնում են արդյունավետ վահան էլեկտրամագնիսական ալիքների դեմ: Այնուամենայնիվ, այն պետք է լինի շատ բարակ թաղանթի տեսքով, որպեսզի ունենա բարձր էլեկտրահաղորդականություն, ինչը կարևոր է էլեկտրամագնիսական ալիքների գործնական կիրառությունների համար, քանի որ դա նշանակում է, որ նյութը կարող է անդրադարձնել և կլանել էլեկտրամագնիսական ալիքները, երբ դրանք փոխազդում են իր ներսում գտնվող լիցքակիրների հետ:

Ներկայումս գրաֆիտային թաղանթ պատրաստելու հիմնական եղանակներն են կամ արոմատիկ պոլիմերների բարձր ջերմաստիճանային պիրոլիզը, կամ գրաֆենի (GO) օքսիդի կամ գրաֆենի նանոշերտերի շերտ առ շերտ դասավորումը: Երկու գործընթացներն էլ պահանջում են մոտ 3000°C բարձր ջերմաստիճաններ և մեկ ժամ մշակման ժամանակ: CVD-ում պահանջվող ջերմաստիճանները ավելի ցածր են (700-ից մինչև 1300°C), բայց նանոմետր հաստությամբ թաղանթներ պատրաստելու համար պահանջվում է մի քանի ժամ, նույնիսկ վակուումում:

Վենկայ Ռենի գլխավորած թիմը մի քանի վայրկյանի ընթացքում ստեղծել է տասնյակ նանոմետր հաստությամբ բարձրորակ գրաֆիտային թաղանթ՝ նիկելի փայլաթիթեղը արգոնային մթնոլորտում մինչև 1200°C տաքացնելով, ապա այս փայլաթիթեղը արագորեն ընկղմելով էթանոլի մեջ 0°C ջերմաստիճանում: Էթանոլի քայքայման արդյունքում առաջացած ածխածնի ատոմները դիֆուզվում և լուծվում են նիկելի մեջ՝ շնորհիվ մետաղի բարձր ածխածնային լուծելիության (0.4 զանգվածային% 1200°C-ում): Քանի որ այս ածխածնի լուծելիությունը զգալիորեն նվազում է ցածր ջերմաստիճանում, ածխածնի ատոմները հետագայում առանձնանում և նստում են նիկելի մակերեսից մարման ընթացքում՝ առաջացնելով հաստ գրաֆիտային թաղանթ: Հետազոտողները հայտնում են, որ նիկելի գերազանց կատալիտիկ ակտիվությունը նաև նպաստում է բարձր բյուրեղային գրաֆիտի առաջացմանը:

Բարձր թույլտվությամբ թափանցող մանրադիտակի, ռենտգենյան դիֆրակցիայի և Ռամանի սպեկտրոսկոպիայի համադրություն օգտագործելով՝ Ռենը և նրա գործընկերները պարզեցին, որ իրենց կողմից արտադրված գրաֆիտը բարձր բյուրեղային էր մեծ մակերեսների վրա, լավ շերտավորված և չէր պարունակում տեսանելի թերություններ: Թաղանթի էլեկտրոնային հաղորդունակությունը հասնում էր 2.6 x 105 S/մ-ի, նման է CVD կամ բարձր ջերմաստիճանային տեխնիկաներով և GO/գրաֆենային թաղանթների սեղմմամբ աճեցված թաղանթներին:

Ստուգելու համար, թե որքան լավ է նյութը կարող արգելափակել էլեկտրամագնիսական ճառագայթումը, թիմը 600 մմ2 մակերեսով թաղանթներ է տեղափոխել պոլիէթիլեն տերեֆտալատից (PET) պատրաստված հիմքերի վրա: Այնուհետև նրանք չափել են թաղանթի էլեկտրամագնիսական պաշտպանության արդյունավետությունը (ԷԱ) X-շրջանային հաճախականության տիրույթում՝ 8.2-ից 12.4 ԳՀց միջակայքում: Նրանք հայտնաբերել են ավելի քան 14.92 դԲ ԷԱԱ մոտավորապես 77 նմ հաստությամբ թաղանթի համար: Այս արժեքը մեծանում է մինչև ավելի քան 20 դԲ (առևտրային կիրառությունների համար պահանջվող նվազագույն արժեքը) ամբողջ X-շրջանում, երբ նրանք միասին դարսել են ավելի շատ թաղանթներ: Իրոք, հինգ կտոր դարսված գրաֆիտային թաղանթներ պարունակող թաղանթը (ընդհանուր առմամբ մոտ 385 նմ հաստությամբ) ունի մոտ 28 դԲ ԷԱԱ, ինչը նշանակում է, որ նյութը կարող է արգելափակել միջադեպային ճառագայթման 99.84%-ը: Ընդհանուր առմամբ, թիմը չափել է 481,000 դԲ/սմ2/գ ԷԱ պաշտպանություն X-շրջանում, գերազանցելով նախկինում հաղորդված բոլոր սինթետիկ նյութերը:

Հետազոտողները նշում են, որ իրենց լավագույն գիտելիքների համաձայն, իրենց գրաֆիտային թաղանթը ամենանուրբն է հաղորդված պաշտպանիչ նյութերի շարքում՝ էլեկտրամագնիսական ինտերակտիվ ճառագայթման (ԷԻԻ) պաշտպանիչ հատկություններով, որոնք կարող են բավարարել առևտրային կիրառման պահանջները: Դրա մեխանիկական հատկությունները նույնպես բարենպաստ են: Նյութի մոտավորապես 110 ՄՊա կոտրման ամրությունը (որը ստացվել է պոլիկարբոնատային հենարանի վրա տեղադրված նյութի լարվածության-դեֆորմացիայի կորերից) ավելի բարձր է, քան այլ մեթոդներով աճեցված գրաֆիտային թաղանթներինը: Թաղանթը նաև ճկուն է և կարող է ծռվել 1000 անգամ՝ 5 մմ ծռման շառավղով՝ առանց կորցնելու իր ԷԻԻ պաշտպանիչ հատկությունները: Այն նաև ջերմակայուն է մինչև 550°C: Թիմը կարծում է, որ այս և այլ հատկությունները նշանակում են, որ այն կարող է օգտագործվել որպես գերբարակ, թեթև, ճկուն և արդյունավետ ԷԻԻ պաշտպանիչ նյութ՝ բազմաթիվ ոլորտներում կիրառությունների համար, ներառյալ ավիատիեզերական, ինչպես նաև էլեկտրոնիկայի և օպտոէլեկտրոնիկայի ոլորտները:

Կարդացե՛ք նյութագիտության ամենակարևոր և հետաքրքիր առաջընթացները այս նոր, բաց մատչելիության ամսագրում։

«Ֆիզիկա Աշխարհը» ներկայացնում է IOP Publishing-ի առաքելության կարևոր մասը՝ համաշխարհային մակարդակի հետազոտություններն ու նորարարությունները հնարավորինս լայն լսարանին հասցնելը: Կայքը «Ֆիզիկա Աշխարհ» պորտֆոլիոյի մաս է կազմում, որը համաշխարհային գիտական ​​հանրության համար նախատեսված առցանց, թվային և տպագիր տեղեկատվական ծառայությունների հավաքածու է: