Faleminderit që u regjistruat në Physics World Nëse dëshironi të ndryshoni të dhënat tuaja në çdo kohë, ju lutemi vizitoni Llogaria ime
Filmat grafit mund të mbrojnë pajisjet elektronike nga rrezatimi elektromagnetik (EM), por teknikat aktuale për prodhimin e tyre zgjasin disa orë dhe kërkojnë temperatura përpunimi rreth 3000 °C. Një ekip studiuesish nga Laboratori Kombëtar Shenyang për Shkencën e Materialeve në Akademinë Kineze të Shkencave tani ka demonstruar një mënyrë alternative për të bërë filma grafiti me cilësi të lartë vetëm në pak sekonda duke shuar shirita të nxehtë të fletës së nikelit në etanol. Shkalla e rritjes për këto filma është më shumë se dy urdhra madhësie më e lartë se në metodat ekzistuese, dhe përçueshmëria elektrike dhe forca mekanike e filmave janë në të njëjtin nivel me ato të filmave të bërë duke përdorur depozitimin kimik të avullit (CVD).
Të gjitha pajisjet elektronike prodhojnë njëfarë rrezatimi elektromagnetik. Ndërsa pajisjet bëhen gjithnjë e më të vogla dhe funksionojnë në frekuenca gjithnjë e më të larta, potenciali për ndërhyrje elektromagnetike (EMI) rritet dhe mund të ndikojë negativisht në performancën e pajisjes, si dhe në atë të sistemeve elektronike aty pranë.
Grafiti, një alotrop karboni i ndërtuar nga shtresa grafeni të mbajtura së bashku nga forcat van der Waals, ka një numër të vetive të jashtëzakonshme elektrike, termike dhe mekanike që e bëjnë atë një mburojë efektive kundër EMI-së. Megjithatë, duhet të jetë në formën e një filmi shumë të hollë që të ketë një përçueshmëri të lartë elektrike, e cila është e rëndësishme për aplikimet praktike të EMI-së sepse do të thotë që materiali mund të reflektojë dhe thithë valët EM ndërsa ato bashkëveprojnë me bartësit e ngarkesës brenda tij.
Aktualisht, mënyrat kryesore për të bërë film grafiti përfshijnë ose pirolizën në temperaturë të lartë të polimereve aromatike ose grumbullimin e oksidit të grafenit (GO) ose nanofletëve të grafenit shtresë pas shtrese. Të dy proceset kërkojnë temperatura të larta rreth 3000 °C dhe kohë përpunimi prej një ore. Në CVD, temperaturat e kërkuara janë më të ulëta (midis 700 dhe 1300 °C), por duhen disa orë për të bërë filma me trashësi nanometrike, madje edhe në vakum.
Një ekip i udhëhequr nga Wencai Ren ka prodhuar tani një film grafiti me cilësi të lartë me trashësi dhjetëra nanometra brenda pak sekondash duke ngrohur fletën e nikelit në 1200 °C në një atmosferë argoni dhe më pas duke e zhytur me shpejtësi këtë fletë në etanol në 0 °C. Atomet e karbonit të prodhuara nga dekompozimi i etanolit shpërndahen dhe treten në nikel falë tretshmërisë së lartë të metalit në karbon (0.4% në peshë në 1200 °C). Meqenëse kjo tretshmëri e karbonit zvogëlohet shumë në temperaturë të ulët, atomet e karbonit më pas ndahen dhe precipitojnë nga sipërfaqja e nikelit gjatë shuarjes, duke prodhuar një film të trashë grafiti. Studiuesit raportojnë se aktiviteti i shkëlqyer katalitik i nikelit ndihmon gjithashtu në formimin e grafitit shumë kristalor.
Duke përdorur një kombinim të mikroskopisë transmetuese me rezolucion të lartë, difraksionit të rrezeve X dhe spektroskopisë Raman, Ren dhe kolegët e tij zbuluan se grafiti që prodhuan ishte shumë kristalor në sipërfaqe të mëdha, i shtresuar mirë dhe nuk përmbante defekte të dukshme. Përçueshmëria e elektroneve të filmit ishte deri në 2.6 x 105 S/m, e ngjashme me filmat e rritur me anë të teknikave CVD ose të temperaturës së lartë dhe presimit të filmave GO/grafen.
Për të testuar se sa mirë materiali mund të bllokonte rrezatimin elektromagnetik (EM), ekipi transferoi filma me një sipërfaqe prej 600 mm2 mbi substrate të bëra nga polietileni tereftalat (PET). Më pas ata matën efektivitetin mbrojtës të filmit nga EMI (SE) në diapazonin e frekuencave të bandës X, midis 8.2 dhe 12.4 GHz. Ata gjetën një SE EMI prej më shumë se 14.92 dB për një film me trashësi afërsisht 77 nm. Kjo vlerë rritet në më shumë se 20 dB (vlera minimale e kërkuar për aplikimet komerciale) në të gjithë banden X kur ata grumbulluan më shumë filma së bashku. Në të vërtetë, një film që përmban pesë copë filmash grafiti të grumbulluar (me trashësi rreth 385 nm në total) ka një SE EMI prej rreth 28 dB, që do të thotë se materiali mund të bllokojë 99.84% të rrezatimit incident. Në përgjithësi, ekipi mati një mbrojtje EMI prej 481,000 dB/cm2/g në të gjithë banden X, duke tejkaluar të gjitha materialet sintetike të raportuara më parë.
Studiuesit thonë se, sipas njohurive të tyre më të mira, filmi i tyre grafit është më i holli midis materialeve mbrojtëse të raportuara, me një performancë mbrojtëse ndaj EMI që mund të plotësojë kërkesën për aplikime komerciale. Vetitë e tij mekanike janë gjithashtu të favorshme. Rezistenca ndaj thyerjes së materialit prej afërsisht 110 MPa (e nxjerrë nga kurbat stres-deformim të materialit të vendosur në një mbështetëse polikarbonati) është më e lartë se ajo e filmave grafit të rritur me metodat e tjera. Filmi është gjithashtu fleksibël dhe mund të përkulet 1000 herë me një rreze përkuljeje prej 5 mm pa humbur vetitë e tij mbrojtëse ndaj EMI. Është gjithashtu termikisht i qëndrueshëm deri në 550 °C. Ekipi beson se këto dhe veti të tjera nënkuptojnë se mund të përdoret si një material mbrojtës ndaj EMI ultra i hollë, i lehtë, fleksibël dhe efektiv për aplikime në shumë fusha, duke përfshirë hapësirën ajrore, si dhe elektronikën dhe optoelektronikën.
Lexoni përparimet më të rëndësishme dhe emocionuese në shkencën e materialeve në këtë revistë të re me qasje të hapur.
Physics World përfaqëson një pjesë kyçe të misionit të IOP Publishing për të komunikuar kërkimin dhe inovacionin e nivelit botëror me audiencën më të gjerë të mundshme. Faqja e internetit është pjesë e portofolit të Physics World, një koleksion shërbimesh informacioni online, dixhitale dhe të shtypura për komunitetin shkencor global.
Koha e postimit: 07 Maj 2020