Terima kasih telah mendaftar di Physics World. Jika Anda ingin mengubah detail Anda kapan saja, silakan kunjungi Akun Saya.
Lapisan grafit dapat melindungi perangkat elektronik dari radiasi elektromagnetik (EM), tetapi teknik pembuatannya saat ini membutuhkan waktu beberapa jam dan suhu pemrosesan sekitar 3000 °C. Sebuah tim peneliti dari Laboratorium Nasional Shenyang untuk Ilmu Material di Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok kini telah menunjukkan cara alternatif untuk membuat lapisan grafit berkualitas tinggi hanya dalam beberapa detik dengan mendinginkan lembaran nikel panas dalam etanol. Laju pertumbuhan lapisan ini lebih dari dua orde besarnya lebih tinggi daripada metode yang ada, dan konduktivitas listrik serta kekuatan mekanik lapisan tersebut setara dengan lapisan yang dibuat menggunakan deposisi uap kimia (CVD).
Semua perangkat elektronik menghasilkan radiasi elektromagnetik. Seiring perangkat menjadi semakin kecil dan beroperasi pada frekuensi yang semakin tinggi, potensi interferensi elektromagnetik (EMI) meningkat, dan dapat berdampak buruk pada kinerja perangkat serta sistem elektronik di sekitarnya.
Grafit, suatu alotrop karbon yang dibangun dari lapisan-lapisan grafena yang disatukan oleh gaya van der Waals, memiliki sejumlah sifat listrik, termal, dan mekanik yang luar biasa yang menjadikannya perisai yang efektif terhadap EMI. Namun, grafit perlu berbentuk lapisan yang sangat tipis agar memiliki konduktivitas listrik yang tinggi, yang penting untuk aplikasi EMI praktis karena berarti material tersebut dapat memantulkan dan menyerap gelombang elektromagnetik saat berinteraksi dengan pembawa muatan di dalamnya.
Saat ini, cara utama pembuatan film grafit melibatkan pirolisis suhu tinggi dari polimer aromatik atau penumpukan oksida grafena (GO) atau lembaran nano grafena lapis demi lapis. Kedua proses tersebut membutuhkan suhu tinggi sekitar 3000 °C dan waktu pemrosesan selama satu jam. Dalam CVD, suhu yang dibutuhkan lebih rendah (antara 700 hingga 1300 °C), tetapi membutuhkan beberapa jam untuk membuat film setebal nanometer, bahkan dalam kondisi vakum.
Sebuah tim yang dipimpin oleh Wencai Ren kini telah menghasilkan film grafit berkualitas tinggi setebal puluhan nanometer dalam beberapa detik dengan memanaskan lembaran nikel hingga 1200 °C dalam atmosfer argon dan kemudian dengan cepat mencelupkan lembaran ini ke dalam etanol pada suhu 0 °C. Atom karbon yang dihasilkan dari dekomposisi etanol berdifusi dan larut ke dalam nikel berkat kelarutan karbon logam yang tinggi (0,4 wt% pada 1200 °C). Karena kelarutan karbon ini sangat menurun pada suhu rendah, atom karbon kemudian terpisah dan mengendap dari permukaan nikel selama pendinginan cepat, menghasilkan film grafit yang tebal. Para peneliti melaporkan bahwa aktivitas katalitik nikel yang sangat baik juga membantu pembentukan grafit yang sangat kristalin.
Dengan menggunakan kombinasi mikroskop transmisi resolusi tinggi, difraksi sinar-X, dan spektroskopi Raman, Ren dan rekan-rekannya menemukan bahwa grafit yang mereka hasilkan sangat kristalin di area yang luas, berlapis dengan baik, dan tidak mengandung cacat yang terlihat. Konduktivitas elektron film tersebut setinggi 2,6 x 10⁵ S/m, mirip dengan film yang ditumbuhkan dengan CVD atau teknik suhu tinggi dan pengepresan film GO/grafena.
Untuk menguji seberapa baik material tersebut dapat menghalangi radiasi elektromagnetik (EMI), tim tersebut mentransfer film dengan luas permukaan 600 mm2 ke substrat yang terbuat dari polietilen tereftalat (PET). Kemudian mereka mengukur efektivitas perisai EMI (SE) film tersebut dalam rentang frekuensi X-band, antara 8,2 dan 12,4 GHz. Mereka menemukan SE EMI lebih dari 14,92 dB untuk film dengan ketebalan sekitar 77 nm. Nilai ini meningkat menjadi lebih dari 20 dB (nilai minimum yang dibutuhkan untuk aplikasi komersial) di seluruh X-band ketika mereka menumpuk lebih banyak film bersama-sama. Bahkan, film yang mengandung lima lembar film grafit yang ditumpuk (dengan ketebalan total sekitar 385 nm) memiliki SE EMI sekitar 28 dB, yang berarti bahwa material tersebut dapat menghalangi 99,84% radiasi yang datang. Secara keseluruhan, tim tersebut mengukur perisai EMI sebesar 481.000 dB/cm2/g di seluruh X-band, mengungguli semua material sintetis yang dilaporkan sebelumnya.
Para peneliti mengatakan bahwa, sejauh pengetahuan mereka, lapisan grafit yang mereka hasilkan adalah yang tertipis di antara material pelindung yang dilaporkan, dengan kinerja pelindung EMI yang dapat memenuhi persyaratan untuk aplikasi komersial. Sifat mekaniknya juga menguntungkan. Kekuatan patah material sekitar 110 MPa (diperoleh dari kurva tegangan-regangan material yang ditempatkan pada penyangga polikarbonat) lebih tinggi daripada lapisan grafit yang ditumbuhkan dengan metode lain. Lapisan ini juga fleksibel, dan dapat ditekuk 1000 kali dengan radius tekukan 5 mm tanpa kehilangan sifat pelindung EMI-nya. Lapisan ini juga stabil secara termal hingga 550 °C. Tim tersebut percaya bahwa sifat-sifat ini dan sifat lainnya berarti bahwa lapisan ini dapat digunakan sebagai material pelindung EMI yang sangat tipis, ringan, fleksibel, dan efektif untuk aplikasi di banyak bidang, termasuk kedirgantaraan serta elektronik dan optoelektronik.
Baca perkembangan paling signifikan dan menarik dalam ilmu material di jurnal akses terbuka baru ini.
Physics World merupakan bagian penting dari misi IOP Publishing untuk mengkomunikasikan penelitian dan inovasi kelas dunia kepada khalayak seluas mungkin. Situs web ini merupakan bagian dari portofolio Physics World, kumpulan layanan informasi daring, digital, dan cetak untuk komunitas ilmiah global.
Waktu posting: 7 Mei 2020