Terima kasih telah mendaftar di Physics World Jika Anda ingin mengubah detail Anda kapan saja, silakan kunjungi Akun Saya
Film grafit dapat melindungi perangkat elektronik dari radiasi elektromagnetik (EM), tetapi teknik pembuatannya saat ini memerlukan 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 film grafit berkualitas tinggi hanya dalam beberapa detik dengan mendinginkan lembaran nikel foil panas dalam etanol. Laju pertumbuhan film ini lebih dari dua kali lipat lebih tinggi daripada metode yang ada, dan konduktivitas listrik serta kekuatan mekanis film ini setara dengan film yang dibuat menggunakan deposisi uap kimia (CVD).
Semua perangkat elektronik menghasilkan radiasi elektromagnetik. Karena perangkat menjadi semakin kecil dan beroperasi pada frekuensi yang semakin tinggi, potensi gangguan elektromagnetik (EMI) akan meningkat, dan dapat memengaruhi kinerja perangkat serta sistem elektronik di sekitarnya.
Grafit, suatu alotrop karbon yang terbentuk dari lapisan-lapisan grafena yang disatukan oleh gaya van der Waals, memiliki sejumlah sifat listrik, termal, dan mekanis yang luar biasa yang menjadikannya perisai yang efektif terhadap EMI. Akan tetapi, grafit harus 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 EM saat berinteraksi dengan pembawa muatan di dalamnya.
Saat ini, cara utama pembuatan film grafit melibatkan pirolisis polimer aromatik pada suhu tinggi atau menumpuk oksida grafena (GO) atau lembaran nano grafena lapis demi lapis. Kedua proses tersebut memerlukan suhu tinggi sekitar 3000 °C dan waktu pemrosesan satu jam. Dalam CVD, suhu yang dibutuhkan lebih rendah (antara 700 hingga 1300 °C), tetapi dibutuhkan beberapa jam untuk membuat film setebal nanometer, bahkan dalam ruang hampa.
Tim yang dipimpin oleh Wencai Ren kini telah memproduksi film grafit berkualitas tinggi setebal puluhan nanometer dalam beberapa detik dengan memanaskan lembaran nikel hingga 1200 °C dalam atmosfer argon dan kemudian dengan cepat merendam lembaran ini dalam etanol pada suhu 0 °C. Atom karbon yang dihasilkan dari penguraian etanol berdifusi dan larut ke dalam nikel berkat kelarutan karbon logam yang tinggi (0,4 wt% pada suhu 1200 °C). Karena kelarutan karbon ini sangat berkurang pada suhu rendah, atom karbon selanjutnya terpisah dan mengendap dari permukaan nikel selama pendinginan, 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 mikroskopi 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 bahan tersebut dapat memblokir radiasi EM, tim tersebut mentransfer film dengan luas permukaan 600 mm2 ke substrat yang terbuat dari polietilena tereftalat (PET). Mereka kemudian mengukur efektivitas perisai EMI (SE) film tersebut dalam rentang frekuensi pita-X, antara 8,2 dan 12,4 GHz. Mereka menemukan EMI SE lebih dari 14,92 dB untuk film setebal sekitar 77 nm. Nilai ini meningkat menjadi lebih dari 20 dB (nilai minimum yang diperlukan untuk aplikasi komersial) di seluruh pita-X ketika mereka menumpuk lebih banyak film bersama-sama. Memang, film yang berisi lima lembar film grafit yang ditumpuk (total setebal sekitar 385 nm) memiliki EMI SE sekitar 28 dB, yang berarti bahwa bahan tersebut dapat memblokir 99,84% radiasi insiden. Secara keseluruhan, tim tersebut mengukur perisai EMI sebesar 481.000 dB/cm2/g di seluruh pita-X, mengungguli semua bahan sintetis yang dilaporkan sebelumnya.
Para peneliti mengatakan bahwa sejauh pengetahuan mereka, film grafit mereka adalah yang tertipis di antara bahan pelindung yang dilaporkan, dengan kinerja pelindung EMI yang dapat memenuhi persyaratan untuk aplikasi komersial. Sifat mekanisnya juga menguntungkan. Kekuatan fraktur material sekitar 110 MPa (diekstraksi dari kurva tegangan-regangan material yang ditempatkan pada penyangga polikarbonat) lebih tinggi daripada film grafit yang tumbuh dengan metode lain. Film ini juga fleksibel, dan dapat ditekuk 1000 kali dengan radius tekukan 5 mm tanpa kehilangan sifat pelindung EMI-nya. Film ini juga stabil secara termal hingga 550 °C. Tim percaya bahwa sifat-sifat ini dan sifat-sifat lainnya berarti bahwa film ini dapat digunakan sebagai bahan pelindung EMI yang sangat tipis, ringan, fleksibel, dan efektif untuk aplikasi di banyak bidang, termasuk kedirgantaraan serta elektronik dan optoelektronik.
Baca kemajuan paling signifikan dan menarik dalam ilmu material dalam jurnal akses terbuka baru ini.
Physics World merupakan bagian penting dari misi IOP Publishing untuk mengomunikasikan 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: 07-Mei-2020