వేగంగా పెరిగిన గ్రాఫైట్ పొర విద్యుదయస్కాంత వికిరణాన్ని నిరోధిస్తుంది

ఫిజిక్స్ వరల్డ్‌లో నమోదు చేసుకున్నందుకు ధన్యవాదాలు. మీరు ఎప్పుడైనా మీ వివరాలను మార్చుకోవాలనుకుంటే, దయచేసి నా ఖాతాను సందర్శించండి.

గ్రాఫైట్ ఫిల్మ్‌లు ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలను విద్యుదయస్కాంత (EM) వికిరణం నుండి రక్షించగలవు, కానీ వాటిని తయారు చేయడానికి ప్రస్తుత పద్ధతులకు చాలా గంటల సమయం పడుతుంది మరియు సుమారు 3000 °C ప్రాసెసింగ్ ఉష్ణోగ్రతలు అవసరం. చైనీస్ అకాడమీ ఆఫ్ సైన్సెస్‌లోని షెన్యాంగ్ నేషనల్ లేబొరేటరీ ఫర్ మెటీరియల్స్ సైన్స్‌కు చెందిన పరిశోధకుల బృందం, వేడిగా ఉన్న నికెల్ ఫాయిల్ పట్టీలను ఇథనాల్‌లో చల్లార్చడం ద్వారా కేవలం కొన్ని సెకన్లలోనే అధిక-నాణ్యత గల గ్రాఫైట్ ఫిల్మ్‌లను తయారు చేయడానికి ఒక ప్రత్యామ్నాయ మార్గాన్ని ఇప్పుడు ప్రదర్శించింది. ఈ ఫిల్మ్‌ల పెరుగుదల రేటు ప్రస్తుత పద్ధతుల కంటే రెండు ఆర్డర్ల పరిమాణం కంటే ఎక్కువగా ఉంది, మరియు ఈ ఫిల్మ్‌ల విద్యుత్ వాహకత మరియు యాంత్రిక బలం, కెమికల్ వేపర్ డిపోజిషన్ (CVD) పద్ధతిలో తయారు చేసిన ఫిల్మ్‌లతో సమానంగా ఉన్నాయి.

అన్ని ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలు కొంత విద్యుదయస్కాంత వికిరణాన్ని ఉత్పత్తి చేస్తాయి. పరికరాలు మరింత చిన్నవిగా మారుతూ, అధిక పౌనఃపున్యాల వద్ద పనిచేసే కొద్దీ, విద్యుదయస్కాంత వ్యతిక్రమం (EMI) సంభవించే అవకాశం పెరుగుతుంది. ఇది పరికరం యొక్క పనితీరుతో పాటు, సమీపంలోని ఎలక్ట్రానిక్ వ్యవస్థల పనితీరును కూడా ప్రతికూలంగా ప్రభావితం చేయగలదు.

వాన్ డెర్ వాల్స్ బలాలచే బంధించబడిన గ్రాఫేన్ పొరలతో నిర్మితమైన కార్బన్ యొక్క ఒక అల్లోట్రోప్ అయిన గ్రాఫైట్‌కు, EMIకి వ్యతిరేకంగా సమర్థవంతమైన కవచంగా పనిచేసే అనేక విశేషమైన విద్యుత్, ఉష్ణ మరియు యాంత్రిక లక్షణాలు ఉన్నాయి. అయితే, అధిక విద్యుత్ వాహకతను కలిగి ఉండటానికి ఇది చాలా పలుచని పొర రూపంలో ఉండాలి. ఆచరణాత్మక EMI అనువర్తనాలకు ఇది చాలా ముఖ్యం, ఎందుకంటే దీని అర్థం, ఆ పదార్థం తన లోపల ఉన్న ఛార్జ్ క్యారియర్‌లతో సంకర్షణ చెందే EM తరంగాలను పరావర్తనం చెందించగలదు మరియు శోషించుకోగలదు.

ప్రస్తుతం, గ్రాఫైట్ ఫిల్మ్‌ను తయారుచేసే ప్రధాన పద్ధతులలో ఒకటి ఆరోమాటిక్ పాలిమర్ల అధిక-ఉష్ణోగ్రత పైరోలిసిస్, లేదా గ్రాఫేన్ (GO) ఆక్సైడ్ లేదా గ్రాఫేన్ నానోషీట్‌లను పొరలు పొరలుగా పేర్చడం. ఈ రెండు ప్రక్రియలకు సుమారు 3000 °C అధిక ఉష్ణోగ్రతలు మరియు ఒక గంట ప్రాసెసింగ్ సమయం అవసరం. CVDలో, అవసరమైన ఉష్ణోగ్రతలు తక్కువగా (700 నుండి 1300 °C మధ్య) ఉంటాయి, కానీ వాక్యూమ్‌లో కూడా నానోమీటర్ మందం గల ఫిల్మ్‌లను తయారు చేయడానికి కొన్ని గంటల సమయం పడుతుంది.

వెంకై రెన్ నేతృత్వంలోని ఒక బృందం, ఆర్గాన్ వాతావరణంలో నికెల్ రేకును 1200 °C వరకు వేడి చేసి, ఆ తర్వాత దానిని 0 °C వద్ద ఉన్న ఇథనాల్‌లో వేగంగా ముంచడం ద్వారా, కేవలం కొన్ని సెకన్లలోనే పదుల నానోమీటర్ల మందం గల అధిక-నాణ్యత గ్రాఫైట్ పొరను ఉత్పత్తి చేసింది. లోహం యొక్క అధిక కార్బన్ ద్రావణీయత (1200 °C వద్ద 0.4 wt%) కారణంగా, ఇథనాల్ విఘటనం నుండి ఉత్పత్తి అయిన కార్బన్ పరమాణువులు వ్యాపించి నికెల్‌లో కరిగిపోతాయి. తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఈ కార్బన్ ద్రావణీయత బాగా తగ్గిపోతుంది కాబట్టి, శీతలీకరణ (క్వెంచింగ్) సమయంలో కార్బన్ పరమాణువులు నికెల్ ఉపరితలం నుండి వేరుపడి అవక్షేపంగా ఏర్పడతాయి, దీనివల్ల మందమైన గ్రాఫైట్ పొర ఉత్పత్తి అవుతుంది. నికెల్ యొక్క అద్భుతమైన ఉత్ప్రేరక క్రియాశీలత కూడా అధిక స్ఫటికాకార గ్రాఫైట్ ఏర్పడటానికి సహాయపడుతుందని పరిశోధకులు నివేదిస్తున్నారు.

అధిక-రిజల్యూషన్ ట్రాన్స్‌మిషన్ మైక్రోస్కోపీ, ఎక్స్-రే డిఫ్రాక్షన్ మరియు రామన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీల కలయికను ఉపయోగించి, రెన్ మరియు అతని సహచరులు తాము ఉత్పత్తి చేసిన గ్రాఫైట్ పెద్ద ప్రాంతాలలో అధిక స్ఫటికాకారంగా, చక్కగా పొరలుగా ఉందని మరియు ఎటువంటి కనిపించే లోపాలు లేవని కనుగొన్నారు. ఈ ఫిల్మ్ యొక్క ఎలక్ట్రాన్ వాహకత్వం 2.6 x 10⁵ S/m అంత ఎక్కువగా ఉంది, ఇది CVD లేదా అధిక-ఉష్ణోగ్రత పద్ధతులు మరియు GO/గ్రాఫేన్ ఫిల్మ్‌లను నొక్కడం ద్వారా పెంచిన ఫిల్మ్‌లకు సమానంగా ఉంది.

ఆ పదార్థం విద్యుదయస్కాంత (EM) వికిరణాన్ని ఎంత బాగా నిరోధించగలదో పరీక్షించడానికి, ఆ బృందం 600 mm2 ఉపరితల వైశాల్యం గల ఫిల్మ్‌లను పాలిథిలిన్ టెరెఫ్తలేట్ (PET) తో తయారు చేసిన సబ్‌స్ట్రేట్‌లపైకి బదిలీ చేసింది. ఆ తర్వాత వారు 8.2 మరియు 12.4 GHz మధ్య ఉన్న X-బ్యాండ్ ఫ్రీక్వెన్సీ పరిధిలో ఆ ఫిల్మ్ యొక్క EMI షీల్డింగ్ సామర్థ్యాన్ని (SE) కొలిచారు. సుమారు 77 nm మందం ఉన్న ఫిల్మ్ కోసం వారు 14.92 dB కంటే ఎక్కువ EMI SEని కనుగొన్నారు. వారు మరిన్ని ఫిల్మ్‌లను ఒకదానిపై ఒకటి పేర్చినప్పుడు, ఈ విలువ మొత్తం X-బ్యాండ్‌లో 20 dB కంటే ఎక్కువగా (వాణిజ్య అనువర్తనాలకు అవసరమైన కనీస విలువ) పెరుగుతుంది. నిజానికి, ఒకదానిపై ఒకటి పేర్చిన ఐదు గ్రాఫైట్ ఫిల్మ్‌లను (మొత్తం సుమారు 385 nm మందం) కలిగిన ఒక ఫిల్మ్ సుమారు 28 dB EMI SEని కలిగి ఉంది, అంటే ఆ పదార్థం పతనమయ్యే వికిరణంలో 99.84% నిరోధించగలదు. మొత్తంగా, ఆ బృందం X-బ్యాండ్ అంతటా 481,000 dB/cm2/g EMI షీల్డింగ్‌ను కొలిచింది, ఇది ఇంతకు ముందు నివేదించబడిన అన్ని సింథటిక్ పదార్థాలను అధిగమించింది.

తమకు తెలిసినంతవరకు, ఇప్పటివరకు నివేదించబడిన షీల్డింగ్ పదార్థాలలో తమ గ్రాఫైట్ ఫిల్మ్ అత్యంత పలుచనిదని, మరియు దీని EMI షీల్డింగ్ పనితీరు వాణిజ్య అనువర్తనాలకు అవసరమైన ప్రమాణాలను తీర్చగలదని పరిశోధకులు చెబుతున్నారు. దీని యాంత్రిక లక్షణాలు కూడా అనుకూలంగా ఉన్నాయి. పాలికార్బోనేట్ ఆధారంపై ఉంచిన పదార్థం యొక్క స్ట్రెస్-స్ట్రెయిన్ వక్రరేఖల నుండి లెక్కించిన ఈ పదార్థం యొక్క ఫ్రాక్చర్ స్ట్రెంగ్త్, ఇతర పద్ధతుల ద్వారా పెంచిన గ్రాఫైట్ ఫిల్మ్‌ల కంటే ఎక్కువగా ఉంది. ఈ ఫిల్మ్ నమ్యత కలిగి ఉంది, మరియు దాని EMI షీల్డింగ్ లక్షణాలను కోల్పోకుండా 5 మి.మీ. వంపు వ్యాసార్థంతో 1000 సార్లు వంచవచ్చు. ఇది 550 °C వరకు ఉష్ణ స్థిరత్వాన్ని కూడా కలిగి ఉంది. ఈ మరియు ఇతర లక్షణాల కారణంగా, దీనిని ఏరోస్పేస్, ఎలక్ట్రానిక్స్ మరియు ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్స్ వంటి అనేక రంగాలలో అనువర్తనాల కోసం అత్యంత పలుచని, తేలికైన, నమ్యత గల మరియు సమర్థవంతమైన EMI షీల్డింగ్ పదార్థంగా ఉపయోగించవచ్చని బృందం విశ్వసిస్తోంది.

ఈ కొత్త ఓపెన్ యాక్సెస్ జర్నల్‌లో మెటీరియల్స్ సైన్స్‌లోని అత్యంత ముఖ్యమైన మరియు ఉత్తేజకరమైన పురోగతులను చదవండి.

ప్రపంచ స్థాయి పరిశోధన మరియు ఆవిష్కరణలను సాధ్యమైనంత ఎక్కువ మందికి తెలియజేయాలనే IOP పబ్లిషింగ్ వారి లక్ష్యంలో ఫిజిక్స్ వరల్డ్ ఒక కీలకమైన భాగం. ఈ వెబ్‌సైట్, ప్రపంచ శాస్త్రీయ సమాజం కోసం ఉద్దేశించిన ఆన్‌లైన్, డిజిటల్ మరియు ముద్రిత సమాచార సేవల సమాహారమైన ఫిజిక్స్ వరల్డ్ పోర్ట్‌ఫోలియోలో ఒక భాగం.