Хвала вам што сте се регистровали на Physics World. Ако желите да промените своје податке у било ком тренутку, посетите Мој налог.
Графитни филмови могу заштитити електронске уређаје од електромагнетног (ЕМ) зрачења, али тренутне технике за њихову производњу трају неколико сати и захтевају температуре обраде од око 3000 °C. Тим истраживача из Националне лабораторије за науку о материјалима у Шенјангу при Кинеској академији наука сада је демонстрирао алтернативни начин израде висококвалитетних графитних филмова за само неколико секунди каљењем врућих трака никл фолије у етанолу. Брзина раста за ове филмове је више од два реда величине већа него код постојећих метода, а електрична проводљивост и механичка чврстоћа филмова су упоредиве са онима код филмова направљених хемијским таложењем из парне фазе (CVD).
Сви електронски уређаји производе извесну количину ЕМ зрачења. Како уређаји постају све мањи и раде на све вишим фреквенцијама, потенцијал за електромагнетне сметње (ЕМС) расте и може негативно утицати на перформансе уређаја, као и на перформансе оближњих електронских система.
Графит, алотроп угљеника изграђен од слојева графена које држе заједно ван дер Валсове силе, има бројна изванредна електрична, термичка и механичка својства која га чине ефикасним штитом од електромагнетних сметњи. Међутим, мора бити у облику веома танког филма да би имао високу електричну проводљивост, што је важно за практичне примене електромагнетних сметњи јер то значи да материјал може да рефлектује и апсорбује електромагнетне таласе док они интерагују са носиоцима наелектрисања унутар њега.
Тренутно, главни начини израде графитног филма укључују или пиролизу ароматичних полимера на високим температурама или слагање графен (GO) оксида или графенских нанолистова слој по слој. Оба процеса захтевају високе температуре од око 3000 °C и време обраде од сат времена. Код CVD-а, потребне температуре су ниже (између 700 и 1300 °C), али је потребно неколико сати да се направе филмови дебљине нанометара, чак и у вакууму.
Тим који предводи Венцаи Рен сада је произвео висококвалитетни графитни филм дебљине десетине нанометара у року од неколико секунди загревањем никлове фолије на 1200 °C у атмосфери аргона, а затим брзим урањањем ове фолије у етанол на 0 °C. Атоми угљеника настали разлагањем етанола дифундују и растварају се у никлу захваљујући високој растворљивости угљеника метала (0,4 тежинских% на 1200 °C). Пошто се ова растворљивост угљеника значајно смањује на ниској температури, атоми угљеника се потом одвајају и таложе са површине никла током каљења, стварајући дебели графитни филм. Истраживачи извештавају да одлична каталитичка активност никла такође помаже у формирању високо кристалног графита.
Користећи комбинацију трансмисионе микроскопије високе резолуције, рендгенске дифракције и Раманове спектроскопије, Рен и колеге су открили да је графит који су произвели био високо кристалан на великим површинама, добро слојевит и није садржао видљиве дефекте. Електронска проводљивост филма била је чак 2,6 x 10⁶ S/m, слично филмовима узгајаним CVD или техникама високе температуре и пресовањем GO/графен филмова.
Да би тестирали колико добро материјал може да блокира ЕМ зрачење, тим је пренео филмове површине 600 мм2 на подлоге направљене од полиетилен терефталата (ПЕТ). Затим су измерили ефикасност ЕМИ заштите (СЕ) филма у фреквентном опсегу X-опсега, између 8,2 и 12,4 GHz. Открили су ЕМИ СЕ од преко 14,92 dB за филм дебљине приближно 77 nm. Ова вредност се повећава на више од 20 dB (минимална вредност потребна за комерцијалне примене) у целом X-опсегу када су сложили више филмова заједно. Заиста, филм који садржи пет комада наслаганих графитних филмова (укупне дебљине око 385 nm) има ЕМИ СЕ од око 28 dB, што значи да материјал може да блокира 99,84% упадног зрачења. Укупно, тим је измерио ЕМИ заштиту од 481.000 dB/cm2/g у X-опсегу, надмашујући све претходно пријављене синтетичке материјале.
Истраживачи кажу да је, колико им је познато, њихов графитни филм најтањи међу пријављеним заштитним материјалима, са перформансама ЕМИ заштите које могу да задовоље захтеве за комерцијалне примене. Његова механичка својства су такође повољна. Чврстоћа материјала на лом од око 110 MPa (извучена из кривих напона и деформације материјала постављеног на поликарбонатну подлогу) је већа од чврстоће графитних филмова узгајаних другим методама. Филм је такође флексибилан и може се савијати 1000 пута са радијусом савијања од 5 mm без губитка својих ЕМИ својстава заштите. Такође је термички стабилан до 550 °C. Тим верује да ова и друга својства значе да би се могао користити као ултратанки, лаган, флексибилан и ефикасан ЕМИ заштитни материјал за примену у многим областима, укључујући ваздухопловство, као и електронику и оптоелектронику.
Прочитајте најзначајнија и најзанимљивија достигнућа у науци о материјалима у овом новом часопису отвореног приступа.
Свет физике представља кључни део мисије издавачке куће IOP да комуницира истраживања и иновације светске класе најширој могућој публици. Веб-сајт је део портфолија Света физике, колекције онлајн, дигиталних и штампаних информативних услуга за глобалну научну заједницу.
Време објаве: 07. мај 2020.