वेगाने तयार झालेला ग्रॅफाइटचा थर विद्युत चुंबकीय प्रारण रोखतो.

फिजिक्स वर्ल्डमध्ये नोंदणी केल्याबद्दल धन्यवाद. तुम्हाला तुमचा तपशील कधीही बदलायचा असल्यास, कृपया 'माझे खाते' ला भेट द्या.

ग्राफाईट फिल्म्स इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांना विद्युतचुंबकीय (EM) प्रारणापासून वाचवू शकतात, परंतु त्यांच्या निर्मितीसाठी सध्याच्या तंत्रांना अनेक तास लागतात आणि सुमारे ३०००°C तापमानाची आवश्यकता असते. चायनीज ॲकॅडमी ऑफ सायन्सेसच्या शेनयांग नॅशनल लॅबोरेटरी फॉर मटेरियल्स सायन्स येथील संशोधकांच्या एका चमूने आता निकेल फॉइलच्या गरम पट्ट्या इथेनॉलमध्ये थंड करून, केवळ काही सेकंदात उच्च-गुणवत्तेच्या ग्राफाईट फिल्म्स बनवण्याचा एक पर्यायी मार्ग दाखवून दिला आहे. या फिल्म्सच्या वाढीचा दर सध्याच्या पद्धतींपेक्षा दोन पटींहून अधिक आहे, आणि या फिल्म्सची विद्युत वाहकता व यांत्रिक शक्ती ही केमिकल व्हेपर डिपॉझिशन (CVD) वापरून बनवलेल्या फिल्म्सच्या बरोबरीची आहे.

सर्व इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे काही प्रमाणात विद्युतचुंबकीय प्रारण (EM radiation) निर्माण करतात. जसजशी उपकरणे अधिकाधिक लहान होत जातात आणि उच्चतम वारंवारतेवर (frequencies) कार्य करतात, तसतशी विद्युतचुंबकीय व्यत्ययाची (EMI) शक्यता वाढते, आणि त्याचा उपकरणाच्या कार्यक्षमतेवर तसेच जवळपासच्या इलेक्ट्रॉनिक प्रणालींच्या कार्यक्षमतेवर प्रतिकूल परिणाम होऊ शकतो.

ग्रॅफाइट, जो व्हॅन डर वाल्स बलांनी एकत्र जोडलेल्या ग्रॅफीनच्या थरांपासून बनलेला कार्बनचा एक अपरूप आहे, त्यात अनेक उल्लेखनीय विद्युत, औष्णिक आणि यांत्रिक गुणधर्म आहेत, जे त्याला EMI विरुद्ध एक प्रभावी ढाल बनवतात. तथापि, उच्च विद्युत चालकता मिळवण्यासाठी ते एका अत्यंत पातळ थराच्या स्वरूपात असणे आवश्यक आहे, जे व्यावहारिक EMI अनुप्रयोगांसाठी महत्त्वाचे आहे, कारण याचा अर्थ असा होतो की जेव्हा विद्युतचुंबकीय लहरी त्याच्या आतील चार्ज वाहकांशी संवाद साधतात, तेव्हा तो पदार्थ त्यांना परावर्तित आणि शोषून घेऊ शकतो.

सध्या, ग्रॅफाइट फिल्म बनवण्याच्या मुख्य पद्धतींमध्ये ॲरोमॅटिक पॉलिमरचे उच्च-तापमान पायरोलिसिस करणे किंवा ग्रॅफीन (GO) ऑक्साइड किंवा ग्रॅफीन नॅनोशीटचे थर एकावर एक रचणे यांचा समावेश होतो. या दोन्ही प्रक्रियांसाठी सुमारे ३००० °C इतके उच्च तापमान आणि एक तासाचा प्रक्रिया कालावधी लागतो. CVD मध्ये, आवश्यक तापमान कमी (७०० ते १३०० °C दरम्यान) असते, परंतु व्हॅक्यूममध्ये सुद्धा नॅनोमीटर-जाडीच्या फिल्म्स बनवण्यासाठी काही तास लागतात.

वेनकाई रेन यांच्या नेतृत्वाखालील एका संघाने आता निकेल फॉइलला आर्गॉनच्या वातावरणात १२००°C पर्यंत गरम करून आणि नंतर ही फॉइल ०°C तापमानाच्या इथेनॉलमध्ये वेगाने बुडवून, काही सेकंदातच अनेक नॅनोमीटर जाडीचा उच्च-गुणवत्तेचा ग्रॅफाइट थर तयार केला आहे. इथेनॉलच्या विघटनातून तयार झालेले कार्बन अणू, धातूच्या उच्च कार्बन विद्राव्यतेमुळे (१२००°C वर ०.४% वजनी) निकेलमध्ये पसरतात आणि विरघळतात. कमी तापमानात ही कार्बन विद्राव्यता मोठ्या प्रमाणात कमी होत असल्यामुळे, शमन प्रक्रियेदरम्यान (quenching) हे कार्बन अणू निकेलच्या पृष्ठभागावरून वेगळे होतात आणि अवक्षेपित होतात, ज्यामुळे एक जाड ग्रॅफाइट थर तयार होतो. संशोधकांच्या मते, निकेलची उत्कृष्ट उत्प्रेरक क्रियाशीलता देखील उच्च स्फटिकमय ग्रॅफाइटच्या निर्मितीस मदत करते.

उच्च-रिझोल्यूशन ट्रान्समिशन मायक्रोस्कोपी, एक्स-रे विवर्तन आणि रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी यांच्या एकत्रित वापराद्वारे, रेन आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांना असे आढळून आले की त्यांनी तयार केलेले ग्रॅफाइट मोठ्या क्षेत्रावर अत्यंत स्फटिकमय, सु-स्तरित होते आणि त्यात कोणतेही दृश्यमान दोष नव्हते. या फिल्मची इलेक्ट्रॉन चालकता २.६ x १०⁵ S/m इतकी उच्च होती, जी CVD किंवा उच्च-तापमान तंत्र आणि GO/ग्राफीन फिल्म्सच्या दाबाने तयार केलेल्या फिल्म्सच्या चालकतेसारखीच होती.

हे मटेरियल इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक (EM) रेडिएशन किती चांगल्या प्रकारे रोखू शकते हे तपासण्यासाठी, टीमने 600 mm2 पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ असलेल्या फिल्म्स पॉलीथिलीन टेरेफ्थालेट (PET) पासून बनवलेल्या सबस्ट्रेट्सवर स्थानांतरित केल्या. त्यानंतर त्यांनी 8.2 ते 12.4 GHz दरम्यानच्या एक्स-बँड फ्रिक्वेन्सी रेंजमध्ये फिल्मच्या EMI शिल्डिंग इफेक्टिव्हनेसचे (SE) मोजमाप केले. त्यांना सुमारे 77 nm जाडीच्या फिल्मसाठी 14.92 dB पेक्षा जास्त EMI SE आढळला. जेव्हा त्यांनी अधिक फिल्म्स एकत्र रचल्या, तेव्हा संपूर्ण एक्स-बँडमध्ये हे मूल्य 20 dB पेक्षा जास्त (व्यावसायिक वापरासाठी आवश्यक असलेले किमान मूल्य) वाढले. खरे तर, रचलेल्या ग्रॅफाइट फिल्म्सचे पाच तुकडे (एकूण सुमारे 385 nm जाडीचे) असलेल्या फिल्मचा EMI SE सुमारे 28 dB आहे, याचा अर्थ असा की हे मटेरियल आपाती रेडिएशनपैकी 99.84% रोखू शकते. एकूणच, टीमने एक्स-बँडमध्ये 481,000 dB/cm2/g चे EMI शिल्डिंग मोजले, जे पूर्वी नोंदवलेल्या सर्व सिंथेटिक मटेरियल्सपेक्षा सरस आहे.

संशोधकांच्या मते, त्यांच्या माहितीनुसार, आतापर्यंत नोंदवलेल्या शिल्डिंग मटेरियल्सपैकी त्यांची ग्रॅफाइट फिल्म सर्वात पातळ आहे, आणि तिची EMI शिल्डिंग कामगिरी व्यावसायिक उपयोगांसाठी आवश्यक असलेली आहे. तिचे यांत्रिक गुणधर्म देखील अनुकूल आहेत. या मटेरियलची फ्रॅक्चर स्ट्रेंथ (सुमारे ११० MPa, जी पॉलीकार्बोनेट सपोर्टवर ठेवलेल्या मटेरियलच्या स्ट्रेस-स्ट्रेन कर्व्हजमधून काढली आहे) इतर पद्धतींनी तयार केलेल्या ग्रॅफाइट फिल्म्सपेक्षा जास्त आहे. ही फिल्म लवचिक देखील आहे आणि तिचे EMI शिल्डिंग गुणधर्म न गमावता, ५ मिमीच्या बेंडिंग रेडियससह १००० वेळा वाकवता येते. तसेच, ती ५५० °C पर्यंत थर्मलदृष्ट्या स्थिर आहे. या टीमचा विश्वास आहे की, या आणि इतर गुणधर्मांमुळे, एरोस्पेस तसेच इलेक्ट्रॉनिक्स आणि ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्ससह अनेक क्षेत्रांतील उपयोगांसाठी, एक अतिशय पातळ, हलके, लवचिक आणि प्रभावी EMI शिल्डिंग मटेरियल म्हणून तिचा वापर केला जाऊ शकतो.

या नवीन मुक्त प्रवेश जर्नलमध्ये पदार्थ विज्ञानातील सर्वात महत्त्वपूर्ण आणि रोमांचक प्रगतीबद्दल वाचा.

जागतिक दर्जाचे संशोधन आणि नवोपक्रम जास्तीत जास्त लोकांपर्यंत पोहोचवण्याच्या आयओपी पब्लिशिंगच्या ध्येयाचा 'फिजिक्स वर्ल्ड' हा एक महत्त्वाचा भाग आहे. ही वेबसाइट 'फिजिक्स वर्ल्ड' पोर्टफोलिओचा एक भाग आहे, जो जागतिक वैज्ञानिक समुदायासाठी ऑनलाइन, डिजिटल आणि छापील माहिती सेवांचा संग्रह आहे.