जलद वाढणारी ग्रेफाइट फिल्म इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशनला रोखते

फिजिक्स वर्ल्डमध्ये नोंदणी केल्याबद्दल धन्यवाद. जर तुम्हाला तुमचे तपशील कधीही बदलायचे असतील तर कृपया माझे खाते भेट द्या.

ग्रेफाइट फिल्म्स इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांना इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक (EM) रेडिएशनपासून वाचवू शकतात, परंतु त्यांच्या निर्मितीसाठी सध्याच्या तंत्रांना काही तास लागतात आणि सुमारे 3000 °C तापमान प्रक्रिया आवश्यक असते. चायनीज अकादमी ऑफ सायन्सेस येथील शेनयांग नॅशनल लॅबोरेटरी फॉर मटेरियल्स सायन्सच्या संशोधकांच्या पथकाने इथेनॉलमध्ये निकेल फॉइलच्या गरम पट्ट्या विझवून अवघ्या काही सेकंदात उच्च-गुणवत्तेच्या ग्रेफाइट फिल्म्स बनवण्याचा पर्यायी मार्ग आता दाखवला आहे. या फिल्म्सचा वाढीचा दर विद्यमान पद्धतींपेक्षा दोन ऑर्डरपेक्षा जास्त आहे आणि फिल्म्सची विद्युत चालकता आणि यांत्रिक शक्ती रासायनिक वाष्प निक्षेपण (CVD) वापरून बनवलेल्या फिल्म्सच्या बरोबरीची आहे.

सर्व इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे काही प्रमाणात ईएम रेडिएशन निर्माण करतात. जसजशी उपकरणे लहान होत जातात आणि उच्च आणि उच्च फ्रिक्वेन्सीवर कार्य करतात तसतसे इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक इंटरफेरन्स (ईएमआय) ची शक्यता वाढते आणि उपकरणाच्या तसेच जवळच्या इलेक्ट्रॉनिक प्रणालींच्या कार्यक्षमतेवर प्रतिकूल परिणाम करू शकते.

व्हॅन डेर वाल्स फोर्सने एकत्र धरलेल्या ग्राफीनच्या थरांपासून बनवलेले कार्बनचे अॅलोट्रोप, ग्रेफाइटमध्ये अनेक उल्लेखनीय विद्युत, थर्मल आणि यांत्रिक गुणधर्म आहेत जे ते EMI विरुद्ध प्रभावी ढाल बनवतात. तथापि, उच्च विद्युत चालकता असण्यासाठी ते अतिशय पातळ फिल्मच्या स्वरूपात असणे आवश्यक आहे, जे व्यावहारिक EMI अनुप्रयोगांसाठी महत्वाचे आहे कारण याचा अर्थ असा आहे की पदार्थ त्याच्या आत असलेल्या चार्ज वाहकांशी संवाद साधताना EM लाटा प्रतिबिंबित करू शकतो आणि शोषू शकतो.

सध्या, ग्रेफाइट फिल्म बनवण्याच्या मुख्य पद्धतींमध्ये सुगंधी पॉलिमरचे उच्च-तापमानाचे पायरोलिसिस किंवा ग्राफीन (GO) ऑक्साईड किंवा ग्राफीन नॅनोशीट्स थर थर स्टॅक करणे समाविष्ट आहे. दोन्ही प्रक्रियांसाठी सुमारे 3000 °C चे उच्च तापमान आणि एक तासाचा प्रक्रिया वेळ आवश्यक असतो. CVD मध्ये, आवश्यक तापमान कमी असते (700 ते 1300 °C दरम्यान), परंतु व्हॅक्यूममध्ये देखील नॅनोमीटर-जाड फिल्म बनवण्यासाठी काही तास लागतात.

वेनकाई रेन यांच्या नेतृत्वाखालील एका टीमने आता काही सेकंदात दहा नॅनोमीटर जाडीची उच्च दर्जाची ग्रेफाइट फिल्म तयार केली आहे, ज्यामध्ये निकेल फॉइलला आर्गॉन वातावरणात १२०० °C पर्यंत गरम केले जाते आणि नंतर ते ० °C वर इथेनॉलमध्ये वेगाने बुडवले जाते. इथेनॉलच्या विघटनातून निर्माण होणारे कार्बन अणू धातूच्या उच्च कार्बन विद्राव्यतेमुळे (१२०० °C वर ०.४ wt%) निकेलमध्ये पसरतात आणि विरघळतात. कमी तापमानात ही कार्बन विद्राव्यता मोठ्या प्रमाणात कमी होत असल्याने, कार्बन अणू नंतर वेगळे होतात आणि शमन करताना निकेल पृष्ठभागावरून अवक्षेपित होतात, ज्यामुळे जाड ग्रेफाइट फिल्म तयार होते. संशोधकांचा अहवाल आहे की निकेलची उत्कृष्ट उत्प्रेरक क्रिया अत्यंत स्फटिकासारखे ग्रेफाइट तयार करण्यास देखील मदत करते.

उच्च-रिझोल्यूशन ट्रान्समिशन मायक्रोस्कोपी, एक्स-रे डिफ्रॅक्शन आणि रमन स्पेक्ट्रोस्कोपीच्या संयोजनाचा वापर करून, रेन आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांना आढळले की त्यांनी तयार केलेले ग्रेफाइट मोठ्या क्षेत्रांवर अत्यंत स्फटिकासारखे होते, चांगले थर लावलेले होते आणि त्यात कोणतेही दृश्यमान दोष नव्हते. फिल्मची इलेक्ट्रॉन चालकता 2.6 x 105 S/m इतकी जास्त होती, जी CVD किंवा उच्च-तापमान तंत्रांनी आणि GO/ग्राफीन फिल्म्स दाबून वाढवलेल्या फिल्म्ससारखीच होती.

हे मटेरियल EM रेडिएशन किती चांगल्या प्रकारे ब्लॉक करू शकते हे तपासण्यासाठी, टीमने 600 mm2 पृष्ठभागाचे फिल्म पॉलीथिलीन टेरेफ्थालेट (PET) पासून बनवलेल्या सब्सट्रेट्सवर ट्रान्सफर केले. त्यानंतर त्यांनी X-बँड फ्रिक्वेन्सी रेंजमध्ये, 8.2 आणि 12.4 GHz दरम्यान फिल्मची EMI शिल्डिंग इफेक्टिव्हिटी (SE) मोजली. त्यांना अंदाजे 77 nm जाडीच्या फिल्मसाठी 14.92 dB पेक्षा जास्त EMI SE आढळले. जेव्हा त्यांनी अधिक फिल्म एकत्र स्टॅक केल्या तेव्हा संपूर्ण X-बँडमध्ये हे मूल्य 20 dB (व्यावसायिक अनुप्रयोगांसाठी आवश्यक असलेले किमान मूल्य) पेक्षा जास्त वाढते. खरंच, स्टॅक केलेल्या ग्रेफाइट फिल्मचे पाच तुकडे (एकूण 385 nm जाडी) असलेल्या फिल्ममध्ये सुमारे 28 dB चा EMI SE असतो, याचा अर्थ असा की मटेरियल 99.84% घटना रेडिएशन ब्लॉक करू शकते. एकूणच, टीमने X-बँडवर 481,000 dB/cm2/g चे EMI शिल्डिंग मोजले, जे पूर्वी नोंदवलेल्या सर्व सिंथेटिक मटेरियलपेक्षा चांगले कामगिरी करते.

संशोधकांचे म्हणणे आहे की त्यांच्या माहितीनुसार, त्यांचा ग्रेफाइट फिल्म अहवाल दिलेल्या शिल्डिंग मटेरियलमध्ये सर्वात पातळ आहे, ज्यामध्ये EMI शिल्डिंग कामगिरी व्यावसायिक अनुप्रयोगांसाठी आवश्यकता पूर्ण करू शकते. त्याचे यांत्रिक गुणधर्म देखील अनुकूल आहेत. या मटेरियलची फ्रॅक्चर स्ट्रेंथ सुमारे 110 MPa आहे (पॉली कार्बोनेट सपोर्टवर ठेवलेल्या मटेरियलच्या स्ट्रेस-स्ट्रेन वक्रांमधून काढले जाते) इतर पद्धतींनी वाढवलेल्या ग्रेफाइट फिल्मपेक्षा जास्त आहे. ही फिल्म लवचिक देखील आहे आणि त्याचे EMI शिल्डिंग गुणधर्म न गमावता 5 मिमीच्या वाकण्याच्या त्रिज्यासह 1000 वेळा वाकवता येते. ते 550 °C पर्यंत थर्मली स्थिर देखील आहे. टीमचा असा विश्वास आहे की या आणि इतर गुणधर्मांचा अर्थ असा आहे की ते एरोस्पेस तसेच इलेक्ट्रॉनिक्स आणि ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्ससह अनेक क्षेत्रांमध्ये अनुप्रयोगांसाठी अल्ट्राथिन, हलके, लवचिक आणि प्रभावी EMI शिल्डिंग मटेरियल म्हणून वापरले जाऊ शकते.

या नवीन ओपन अॅक्सेस जर्नलमध्ये मटेरियल सायन्समधील सर्वात लक्षणीय आणि रोमांचक प्रगती वाचा.

फिजिक्स वर्ल्ड हे आयओपी पब्लिशिंगच्या जागतिक दर्जाच्या संशोधन आणि नवोपक्रमांना जास्तीत जास्त प्रेक्षकांपर्यंत पोहोचवण्याच्या ध्येयाचा एक महत्त्वाचा भाग आहे. ही वेबसाइट फिजिक्स वर्ल्ड पोर्टफोलिओचा एक भाग आहे, जी जागतिक वैज्ञानिक समुदायासाठी ऑनलाइन, डिजिटल आणि प्रिंट माहिती सेवांचा संग्रह आहे.