Terima kasih kerana mendaftar dengan Physics World. Jika anda ingin menukar butiran anda pada bila-bila masa, sila lawati Akaun saya.
Filem grafit boleh melindungi peranti elektronik daripada sinaran elektromagnet (EM), tetapi teknik semasa untuk mengeluarkannya mengambil masa beberapa jam dan memerlukan suhu pemprosesan sekitar 3000 °C. Sekumpulan penyelidik dari Makmal Sains Bahan Kebangsaan Shenyang di Akademi Sains China kini telah menunjukkan cara alternatif untuk membuat filem grafit berkualiti tinggi hanya dalam beberapa saat dengan memadamkan jalur panas kerajang nikel dalam etanol. Kadar pertumbuhan filem ini adalah lebih daripada dua peringkat magnitud lebih tinggi daripada kaedah sedia ada, dan kekonduksian elektrik dan kekuatan mekanikal filem adalah setanding dengan filem yang dibuat menggunakan pemendapan wap kimia (CVD).
Semua peranti elektronik menghasilkan sedikit sinaran EM. Apabila peranti menjadi semakin kecil dan beroperasi pada frekuensi yang semakin tinggi, potensi gangguan elektromagnet (EMI) akan meningkat, dan boleh menjejaskan prestasi peranti serta sistem elektronik berdekatan.
Grafit, alotrop karbon yang dibina daripada lapisan grafena yang diikat bersama oleh daya van der Waals, mempunyai beberapa sifat elektrik, terma dan mekanikal yang luar biasa yang menjadikannya perisai yang berkesan terhadap EMI. Walau bagaimanapun, ia perlu dalam bentuk filem yang sangat nipis untuk mempunyai kekonduksian elektrik yang tinggi, yang penting untuk aplikasi EMI praktikal kerana ia bermakna bahan tersebut boleh memantulkan dan menyerap gelombang EM semasa ia berinteraksi dengan pembawa cas di dalamnya.
Pada masa ini, cara utama pembuatan filem grafit melibatkan sama ada pirolisis polimer aromatik suhu tinggi atau menyusun oksida grafen (GO) atau nanosheet grafen selapis demi selapis. Kedua-dua proses memerlukan suhu tinggi sekitar 3000 °C dan masa pemprosesan selama sejam. Dalam CVD, suhu yang diperlukan adalah lebih rendah (antara 700 hingga 1300 °C), tetapi ia mengambil masa beberapa jam untuk membuat filem setebal nanometer, walaupun dalam vakum.
Satu pasukan yang diketuai oleh Wencai Ren kini telah menghasilkan filem grafit berkualiti tinggi setebal puluhan nanometer dalam beberapa saat dengan memanaskan kerajang nikel hingga 1200 °C dalam atmosfera argon dan kemudian merendam kerajang ini dengan cepat dalam etanol pada suhu 0 °C. Atom karbon yang dihasilkan daripada penguraian etanol meresap dan larut ke dalam nikel hasil daripada keterlarutan karbon logam yang tinggi (0.4 wt% pada 1200 °C). Oleh kerana keterlarutan karbon ini berkurangan dengan ketara pada suhu rendah, atom karbon kemudiannya mengasingkan dan termendak dari permukaan nikel semasa pelindapkejutan, menghasilkan filem grafit yang tebal. Para penyelidik melaporkan bahawa aktiviti pemangkinan nikel yang sangat baik juga membantu pembentukan grafit yang sangat berhablur.
Menggunakan gabungan mikroskopi penghantaran resolusi tinggi, pembelauan sinar-X dan spektroskopi Raman, Ren dan rakan-rakannya mendapati bahawa grafit yang mereka hasilkan sangat kristal di kawasan yang luas, berlapis baik dan tidak mengandungi kecacatan yang kelihatan. Kekonduksian elektron filem tersebut adalah setinggi 2.6 x 105 S/m, serupa dengan filem yang ditumbuhkan melalui CVD atau teknik suhu tinggi dan penekanan filem GO/grafena.
Untuk menguji sejauh mana bahan tersebut dapat menyekat sinaran EM, pasukan tersebut memindahkan filem dengan luas permukaan 600 mm2 ke atas substrat yang diperbuat daripada polietilena tereftalat (PET). Mereka kemudian mengukur keberkesanan perisai EMI (SE) filem tersebut dalam julat frekuensi jalur-X, antara 8.2 dan 12.4 GHz. Mereka mendapati EMI SE lebih daripada 14.92 dB untuk filem setebal kira-kira 77 nm. Nilai ini meningkat kepada lebih daripada 20 dB (nilai minimum yang diperlukan untuk aplikasi komersial) dalam keseluruhan jalur-X apabila mereka menyusun lebih banyak filem bersama-sama. Sesungguhnya, filem yang mengandungi lima keping filem grafit yang disusun (setebal sekitar 385 nm secara keseluruhan) mempunyai EMI SE sekitar 28 dB, yang bermaksud bahawa bahan tersebut dapat menyekat 99.84% sinaran insiden. Secara keseluruhan, pasukan tersebut mengukur perisai EMI sebanyak 481,000 dB/cm2/g merentasi jalur-X, mengatasi semua bahan sintetik yang dilaporkan sebelum ini.
Para penyelidik mengatakan bahawa setahu mereka, filem grafit mereka adalah yang paling nipis antara bahan pelindung yang dilaporkan, dengan prestasi pelindung EMI yang dapat memenuhi keperluan untuk aplikasi komersial. Sifat mekanikalnya juga baik. Kekuatan patah bahan kira-kira 110 MPa (diekstrak daripada lengkung tegasan-terikan bahan yang diletakkan pada sokongan polikarbonat) adalah lebih tinggi daripada filem grafit yang ditumbuhkan oleh kaedah lain. Filem ini juga fleksibel dan boleh dibengkokkan 1000 kali dengan jejari lenturan 5 mm tanpa kehilangan sifat pelindung EMInya. Ia juga stabil secara terma sehingga 550 °C. Pasukan percaya bahawa sifat-sifat ini dan lain-lain bermakna ia boleh digunakan sebagai bahan pelindung EMI yang ultra nipis, ringan, fleksibel dan berkesan untuk aplikasi dalam banyak bidang, termasuk aeroangkasa serta elektronik dan optoelektronik.
Baca kemajuan paling penting dan menarik dalam sains bahan dalam jurnal akses terbuka baharu ini.
Physics World mewakili bahagian penting dalam misi IOP Publishing untuk menyampaikan penyelidikan dan inovasi bertaraf dunia kepada khalayak seluas mungkin. Laman web ini merupakan sebahagian daripada portfolio Physics World, koleksi perkhidmatan maklumat dalam talian, digital dan cetak untuk komuniti saintifik global.
Masa siaran: 07-Mei-2020