Dėkojame, kad užsiregistravote „Physics World“. Jei norite bet kada pakeisti savo duomenis, apsilankykite Mano paskyra.
Grafito plėvelės gali apsaugoti elektroninius prietaisus nuo elektromagnetinės (EM) spinduliuotės, tačiau dabartinės jų gamybos technologijos užtrunka kelias valandas ir reikalauja apie 3000 °C apdorojimo temperatūros. Kinijos mokslų akademijos Šenjango nacionalinės medžiagų mokslo laboratorijos tyrėjų komanda pademonstravo alternatyvų būdą, kaip vos per kelias sekundes pagaminti aukštos kokybės grafito plėveles, karštas nikelio folijos juosteles atšaldant etanolyje. Šių plėvelių augimo greitis yra daugiau nei dviem dydžio eilėmis didesnis nei taikant esamus metodus, o plėvelių elektrinis laidumas ir mechaninis stiprumas yra tokie patys kaip ir plėvelių, pagamintų naudojant cheminį garų nusodinimą (CVD).
Visi elektroniniai prietaisai skleidžia tam tikrą elektromagnetinę spinduliuotę. Prietaisams tampant vis mažesniems ir veikiant vis aukštesniais dažniais, didėja elektromagnetinių trukdžių (EMI) potencialas, kuris gali neigiamai paveikti tiek paties prietaiso, tiek netoliese esančių elektroninių sistemų veikimą.
Grafitas, anglies alotropas, sudarytas iš grafeno sluoksnių, sujungtų van der Valso jėgų, pasižymi daugybe puikių elektrinių, terminių ir mechaninių savybių, kurios daro jį veiksmingu ekranu nuo elektromagnetinių trikdžių. Tačiau, kad pasižymėtų dideliu elektriniu laidumu, jis turi būti labai plonos plėvelės pavidalo, o tai svarbu praktiniame elektromagnetinių trikdžių taikyme, nes tai reiškia, kad medžiaga gali atspindėti ir sugerti elektromagnetines bangas, joms sąveikaujant su jos viduje esančiais krūvininkais.
Šiuo metu pagrindiniai grafito plėvelės gamybos būdai yra arba aromatinių polimerų aukštos temperatūros pirolizė, arba grafeno (GO) oksido arba grafeno nanosluoksnių sluoksnis po sluoksnio klojimas. Abu procesai reikalauja aukštos, apie 3000 °C, temperatūros ir valandos trukmės apdorojimo laiko. CVD metodu reikalinga temperatūra yra žemesnė (nuo 700 iki 1300 °C), tačiau nanometrų storio plėvelėms pagaminti reikia kelių valandų net ir vakuume.
Wencai Ren vadovaujama komanda per kelias sekundes pagamino dešimčių nanometrų storio aukštos kokybės grafito plėvelę, įkaitinusi nikelio foliją iki 1200 °C argono atmosferoje ir greitai panardinusi šią foliją į 0 °C temperatūros etanolį. Anglies atomai, susidarę skylant etanoliui, difunduoja ir ištirpsta nikelyje dėl didelio metalo tirpumo anglies (0,4 % masės esant 1200 °C). Kadangi šis anglies tirpumas žemoje temperatūroje labai sumažėja, anglies atomai vėliau atsiskiria ir nusėda nuo nikelio paviršiaus grūdinimo metu, sudarydami storą grafito plėvelę. Tyrėjai teigia, kad puikus nikelio katalizinis aktyvumas taip pat padeda susidaryti labai kristaliniam grafitui.
Naudodami didelės skiriamosios gebos transmisinės mikroskopijos, rentgeno spindulių difrakcijos ir Ramano spektroskopijos metodų derinį, Ren ir jo kolegos nustatė, kad jų pagamintas grafitas buvo labai kristalinis dideliuose plotuose, gerai sluoksniuotas ir neturėjo matomų defektų. Plėvelės elektronų laidumas siekė net 2,6 x 105 S/m, panašų į plėvelių, išaugintų CVD arba aukštos temperatūros metodais ir presuojant GO/grafeno plėveles.
Siekdama patikrinti, kaip gerai medžiaga gali blokuoti elektromagnetinę spinduliuotę, komanda perkėlė 600 mm2 paviršiaus ploto plėveles ant polietileno tereftalato (PET) pagrindų. Tada jie išmatavo plėvelės elektromagnetinių trukdžių ekranavimo efektyvumą (SE) X dažnių diapazone, nuo 8,2 iki 12,4 GHz. Jie nustatė, kad maždaug 77 nm storio plėvelės EMI SE buvo didesnis nei 14,92 dB. Sudėjus daugiau plėvelių, ši vertė padidėja iki daugiau nei 20 dB (minimali vertė, reikalinga komerciniam naudojimui) visoje X juostoje. Iš tiesų, plėvelė, sudaryta iš penkių sukrautų grafito plėvelių gabalėlių (iš viso apie 385 nm storio), turi apie 28 dB EMI SE, o tai reiškia, kad medžiaga gali blokuoti 99,84 % krintančios spinduliuotės. Apskritai komanda išmatavo 481 000 dB/cm2/g EMI ekranavimą visoje X juostoje, pranokdama visas anksčiau aprašytas sintetines medžiagas.
Tyrėjai teigia, kad, kiek jiems žinoma, jų grafito plėvelė yra ploniausia iš visų žinomų ekranuojančių medžiagų, kurios EMI ekranavimo charakteristikos gali atitikti komercinių pritaikymų reikalavimus. Jos mechaninės savybės taip pat yra palankios. Medžiagos lūžio stipris, maždaug 110 MPa (išgautas iš ant polikarbonato pagrindo uždėtos medžiagos įtempio ir deformacijos kreivių), yra didesnis nei grafito plėvelių, išaugintų kitais metodais. Plėvelė taip pat yra lanksti ir gali būti sulenkta 1000 kartų 5 mm lenkimo spinduliu neprarandant savo EMI ekranavimo savybių. Ji taip pat yra termiškai stabili iki 550 °C. Komanda mano, kad šios ir kitos savybės reiškia, kad ji galėtų būti naudojama kaip itin plona, lengva, lanksti ir efektyvi EMI ekranavimo medžiaga, skirta naudoti daugelyje sričių, įskaitant aviacijos ir kosmoso pramonę, elektroniką ir optoelektroniką.
Šiame naujame atviros prieigos žurnale skaitykite apie svarbiausius ir įdomiausius medžiagų mokslo pasiekimus.
„Physics World“ yra svarbi „IOP Publishing“ misijos dalis – kuo platesnei auditorijai pristatyti pasaulinio lygio mokslinius tyrimus ir inovacijas. Ši svetainė yra „Physics World“ portfelio, internetinių, skaitmeninių ir spausdintinių informacijos paslaugų rinkinio, skirto pasaulinei mokslo bendruomenei, dalis.
Įrašo laikas: 2020 m. gegužės 7 d.