Þakka þér fyrir að skrá þig hjá Physics World. Ef þú vilt breyta upplýsingum þínum hvenær sem er, vinsamlegast farðu á Aðganginn minn.
Grafítfilmur geta varið rafeindatæki gegn rafsegulgeislun, en núverandi framleiðsluaðferðir þeirra taka nokkrar klukkustundir og krefjast vinnsluhita upp á um 3000°C. Teymi vísindamanna frá Shenyang National Laboratory for Materials Science við Kínversku vísindaakademíuna hefur nú sýnt fram á aðra leið til að búa til hágæða grafítfilmur á aðeins nokkrum sekúndum með því að slökkva á heitum ræmum af nikkelfilmu í etanóli. Vaxtarhraði þessara filmu er meira en tveimur stærðargráðum hærri en með núverandi aðferðum, og rafleiðni og vélrænn styrkur filmanna eru á pari við filmur sem gerðar eru með efnagufuútfellingu (CVD).
Öll rafeindatæki framleiða einhverja rafsegulgeislun. Þar sem tækin verða sífellt minni og starfa á hærri og hærri tíðnum eykst hættan á rafsegultruflunum og getur haft neikvæð áhrif á afköst tækisins sem og rafeindakerfa í nágrenninu.
Grafít, kolefnisallotrop sem er myndaður úr lögum af grafeni sem haldið er saman af van der Waals kröftum, hefur fjölda einstakra rafmagns-, varma- og vélrænna eiginleika sem gera það að áhrifaríkum skjöld gegn rafseglum. Hins vegar þarf það að vera í formi mjög þunnrar himnu til að hafa mikla rafleiðni, sem er mikilvægt fyrir hagnýtar rafseglur þar sem það þýðir að efnið getur endurkastað og gleypt rafseglur þegar þær hafa samskipti við hleðsluberana inni í því.
Eins og er eru helstu leiðirnar til að búa til grafítfilmu annaðhvort háhitahitun á arómatískum fjölliðum eða að stafla grafen (GO) oxíð eða grafen nanóblöðum lag fyrir lag. Báðar aðferðirnar krefjast mikils hitastigs, um 3000°C, og vinnslutíma upp á klukkustund. Í CVD er nauðsynlegt hitastig lægra (á bilinu 700 til 1300°C), en það tekur nokkrar klukkustundir að búa til nanómetraþykkar filmur, jafnvel í lofttæmi.
Teymi undir forystu Wencai Ren hefur nú framleitt hágæða grafítfilmu, tugum nanómetra þykka, á nokkrum sekúndum með því að hita nikkelfilmu upp í 1200°C í argon-andrúmslofti og síðan dýfa þessari filmu hratt í etanól við 0°C. Kolefnisatómin sem myndast við niðurbrot etanóls dreifast og leysast upp í nikkelinu þökk sé mikilli kolefnisleysni málmsins (0,4 þyngdarprósent við 1200°C). Þar sem þessi kolefnisleysni minnkar mjög við lágt hitastig, aðskiljast kolefnisatómin síðan og falla út af nikkelyfirborðinu við slökkvun, sem myndar þykka grafítfilmu. Rannsakendurnir greina frá því að framúrskarandi hvatavirkni nikkels stuðli einnig að myndun mjög kristallaðs grafíts.
Með því að nota blöndu af hágæða geislunarsmásjá, röntgengeislun og Raman litrófsgreiningu komust Ren og samstarfsmenn að því að grafítið sem þeir framleiddu var mjög kristallað yfir stór svæði, vel lagskipt og án sýnilegra galla. Rafeindaleiðni filmunnar var allt að 2,6 x 105 S/m, svipað og filmur sem ræktaðar eru með CVD eða háhitaaðferðum og pressun á GO/grafenfilmum.
Til að prófa hversu vel efnið gat lokað fyrir rafsegulgeislun flutti teymið filmur með 600 mm2 yfirborðsflatarmál yfir á undirlag úr pólýetýlen tereftalati (PET). Þeir mældu síðan rafsegulhlífðarvirkni filmunnar (EMI) á tíðnisviðinu X-bandi, á milli 8,2 og 12,4 GHz. Þeir fundu EMI SE upp á meira en 14,92 dB fyrir filmu sem er um það bil 77 nm þykk. Þetta gildi hækkar í meira en 20 dB (lágmarksgildið sem krafist er fyrir viðskiptalega notkun) á öllu X-bandinu þegar þeir stafla fleiri filmum saman. Reyndar hefur filma sem inniheldur fimm stykki af stafluðum grafítfilmum (um 385 nm þykkar samtals) EMI SE upp á um 28 dB, sem þýðir að efnið getur lokað fyrir 99,84% af innfallandi geislun. Í heildina mældi teymið EMI hlífðarvirkni upp á 481.000 dB/cm2/g á X-bandinu, sem er betri en öll áður tilkynnt tilbúin efni.
Rannsakendurnir segja að eftir því sem þeir best vita sé grafítfilman þeirra sú þynnsta meðal skráðra verndarefna, með rafsegulsviðsvörn sem getur uppfyllt kröfur um viðskiptalega notkun. Vélrænir eiginleikar hennar eru einnig hagstæðir. Brotþol efnisins, sem er um það bil 110 MPa (fengið úr spennu-álagskúrfum efnisins sem sett er á pólýkarbónatgrunn), er hærra en grafítfilma sem ræktaðar eru með öðrum aðferðum. Filman er einnig sveigjanleg og hægt er að beygja hana 1000 sinnum með 5 mm beygjuradíus án þess að missa rafsegulsviðsvörn sína. Hún er einnig hitastöðug allt að 550°C. Teymið telur að þessir og aðrir eiginleikar þýði að hægt sé að nota hana sem afarþunnt, létt, sveigjanlegt og áhrifaríkt rafsegulsviðsvörn fyrir notkun á mörgum sviðum, þar á meðal í geimferðum, rafeindatækni og ljósfræðilegum rafeindabúnaði.
Lestu um mikilvægustu og spennandi framfarir í efnisfræði í þessu nýja tímariti með opnum aðgangi.
Physics World er lykilþáttur í markmiði IOP Publishing að miðla rannsóknum og nýsköpun í heimsklassa til sem flestra. Vefsíðan er hluti af Physics World safni, safni upplýsingaþjónustu á netinu, stafrænnar og prentaðrar forsíðu fyrir alþjóðlegt vísindasamfélag.
Birtingartími: 7. maí 2020