Asante kwa kujisajili na Physics World Ikiwa ungependa kubadilisha maelezo yako wakati wowote, tafadhali tembelea Akaunti yangu
Filamu za grafiti zinaweza kulinda vifaa vya kielektroniki kutokana na mionzi ya sumakuumeme (EM), lakini mbinu za sasa za kuvitengeneza huchukua saa kadhaa na zinahitaji halijoto ya usindikaji ya karibu 3000 °C. Timu ya watafiti kutoka Maabara ya Kitaifa ya Shenyang ya Sayansi ya Vifaa katika Chuo cha Sayansi cha China sasa imeonyesha njia mbadala ya kutengeneza filamu za grafiti zenye ubora wa juu katika sekunde chache tu kwa kuzima vipande vya moto vya foil ya nikeli katika ethanoli. Kiwango cha ukuaji wa filamu hizi ni zaidi ya viwango viwili vya ukubwa kuliko katika mbinu zilizopo, na upitishaji umeme wa filamu na nguvu ya mitambo ni sawa na zile za filamu zilizotengenezwa kwa kutumia uwekaji wa mvuke wa kemikali (CVD).
Vifaa vyote vya kielektroniki hutoa mionzi ya EM. Kadri vifaa vinavyozidi kuwa vidogo na kufanya kazi kwa masafa ya juu na ya juu, uwezekano wa kuingiliwa kwa umeme (EMI) unaongezeka, na unaweza kuathiri vibaya utendaji wa kifaa pamoja na ule wa mifumo ya kielektroniki iliyo karibu.
Grafiti, allotrope ya kaboni iliyojengwa kutoka kwa tabaka za grafini zilizoshikiliwa pamoja na nguvu za van der Waals, ina sifa kadhaa za ajabu za umeme, joto na mitambo ambazo huifanya kuwa ngao bora dhidi ya EMI. Hata hivyo, inahitaji kuwa katika umbo la filamu nyembamba sana ili iwe na upitishaji wa umeme wa juu, ambayo ni muhimu kwa matumizi ya vitendo ya EMI kwa sababu inamaanisha kwamba nyenzo zinaweza kuakisi na kunyonya mawimbi ya EM zinapoingiliana na vibebaji vya chaji ndani yake.
Kwa sasa, njia kuu za kutengeneza filamu ya grafiti zinahusisha pyrolysis ya halijoto ya juu ya polima zenye harufu nzuri au kukusanya oksidi ya grafini (GO) au karatasi ndogo za grafini safu kwa safu. Michakato yote miwili inahitaji halijoto ya juu ya takriban 3000 °C na muda wa usindikaji wa saa moja. Katika CVD, halijoto inayohitajika ni ya chini (kati ya 700 hadi 1300 °C), lakini inachukua saa chache kutengeneza filamu zenye unene wa nanomita, hata kwenye ombwe.
Timu inayoongozwa na Wencai Ren sasa imetengeneza filamu ya grafiti ya ubora wa juu yenye unene wa makumi ya nanomita ndani ya sekunde chache kwa kupasha joto foili ya nikeli hadi 1200 °C katika angahewa ya argon na kisha kuiingiza foili hii haraka kwenye ethanoli kwa 0 °C. Atomi za kaboni zinazozalishwa kutokana na mtengano wa ethanoli husambaa na kuyeyuka ndani ya nikeli kutokana na umumunyifu mkubwa wa kaboni wa chuma (0.4 wt% kwa 1200 °C). Kwa sababu umumunyifu huu wa kaboni hupungua sana kwa joto la chini, atomi za kaboni baadaye hutenganisha na kushuka kutoka kwenye uso wa nikeli wakati wa kuzimwa, na kutoa filamu nene ya grafiti. Watafiti wanaripoti kwamba shughuli bora ya kichocheo cha nikeli pia husaidia uundaji wa grafiti yenye fuwele nyingi.
Kwa kutumia mchanganyiko wa hadubini ya upitishaji yenye ubora wa juu, mtawanyiko wa X-ray na spektroskopia ya Raman, Ren na wenzake waligundua kuwa grafiti waliyotengeneza ilikuwa na fuwele nyingi juu ya maeneo makubwa, yenye tabaka nzuri na haikuwa na kasoro zinazoonekana. Upitishaji wa elektroni wa filamu ulikuwa wa juu kama 2.6 x 105 S/m, sawa na filamu zilizokuzwa na CVD au mbinu za halijoto ya juu na ubonyezaji wa filamu za GO/graphene.
Ili kujaribu jinsi nyenzo hiyo ingeweza kuzuia mionzi ya EM, timu ilihamisha filamu zenye eneo la uso la 600 mm2 kwenye substrates zilizotengenezwa kwa polyethilini tereftalati (PET). Kisha walipima ufanisi wa kinga ya EMI (SE) ya filamu katika masafa ya bendi ya X, kati ya 8.2 na 12.4 GHz. Walipata EMI SE ya zaidi ya 14.92 dB kwa filamu yenye unene wa takriban nm 77. Thamani hii huongezeka hadi zaidi ya 20 dB (thamani ya chini kabisa inayohitajika kwa matumizi ya kibiashara) katika bendi nzima ya X walipokusanya filamu zaidi pamoja. Hakika, filamu yenye vipande vitano vya filamu za grafiti zilizorundikwa (karibu na unene wa 385 nm kwa jumla) ina EMI SE ya karibu 28 dB, ambayo ina maana kwamba nyenzo hiyo inaweza kuzuia 99.84% ya mionzi ya tukio. Kwa ujumla, timu ilipima kinga ya EMI ya 481,000 dB/cm2/g kwenye bendi ya X, ikizidi vifaa vyote vya sintetiki vilivyoripotiwa hapo awali.
Watafiti wanasema kwamba kwa kadri ya ufahamu wao, filamu yao ya grafiti ndiyo nyembamba zaidi kati ya nyenzo za kinga zilizoripotiwa, ikiwa na utendaji wa kinga ya EMI ambao unaweza kukidhi mahitaji ya matumizi ya kibiashara. Sifa zake za kiufundi pia ni nzuri. Nguvu ya kuvunjika kwa nyenzo ya takriban MPa 110 (iliyotolewa kutoka kwa mikunjo ya mkazo-mkazo ya nyenzo iliyowekwa kwenye usaidizi wa polycarbonate) ni kubwa kuliko ile ya filamu za grafiti zilizopandwa na njia zingine. Filamu hiyo pia inanyumbulika, na inaweza kupindishwa mara 1000 na radius ya kupinda ya 5 mm bila kupoteza sifa zake za kinga ya EMI. Pia ni thabiti kwa joto hadi 550 °C. Timu inaamini kwamba sifa hizi na zingine zinamaanisha kuwa inaweza kutumika kama nyenzo nyembamba sana, nyepesi, inayonyumbulika na yenye ufanisi ya kinga ya EMI kwa matumizi katika maeneo mengi, ikiwa ni pamoja na anga za juu pamoja na vifaa vya elektroniki na optoelectronics.
Soma maendeleo muhimu na ya kusisimua zaidi katika sayansi ya vifaa katika jarida hili jipya la ufikiaji huria.
Fizikia Dunia inawakilisha sehemu muhimu ya dhamira ya IOP Publishing ya kuwasilisha utafiti na uvumbuzi wa kiwango cha dunia kwa hadhira pana zaidi iwezekanavyo. Tovuti hii ni sehemu ya kwingineko ya Fizikia Dunia, mkusanyiko wa huduma za taarifa mtandaoni, kidijitali na za kuchapishwa kwa jumuiya ya kisayansi ya kimataifa.
Muda wa chapisho: Mei-07-2020