Physics World'e kaydolduğunuz için teşekkür ederiz. Ayrıntılarınızı istediğiniz zaman değiştirmek isterseniz lütfen Hesabım'ı ziyaret edin.
Grafit filmler elektronik cihazları elektromanyetik (EM) radyasyondan koruyabilir, ancak bunları üretmek için kullanılan mevcut teknikler birkaç saat sürer ve yaklaşık 3000 °C'lik işlem sıcaklıkları gerektirir. Çin Bilimler Akademisi'ndeki Shenyang Ulusal Malzeme Bilimi Laboratuvarı'ndan bir araştırma ekibi, sıcak nikel folyo şeritlerini etanolde söndürerek sadece birkaç saniyede yüksek kaliteli grafit filmler yapmanın alternatif bir yolunu gösterdi. Bu filmlerin büyüme hızı, mevcut yöntemlere göre iki kat daha yüksektir ve filmlerin elektriksel iletkenliği ve mekanik mukavemeti, kimyasal buhar biriktirme (CVD) kullanılarak yapılan filmlerle aynıdır.
Tüm elektronik cihazlar bir miktar EM radyasyon üretir. Cihazlar giderek küçüldükçe ve daha yüksek frekanslarda çalıştıkça, elektromanyetik girişim (EMI) potansiyeli artar ve cihazın performansını ve yakındaki elektronik sistemlerin performansını olumsuz etkileyebilir.
Van der Waals kuvvetleriyle bir arada tutulan grafen katmanlarından oluşan bir karbon allotropu olan grafit, onu EMI'ye karşı etkili bir kalkan yapan bir dizi dikkate değer elektriksel, termal ve mekanik özelliğe sahiptir. Ancak, yüksek bir elektriksel iletkenliğe sahip olması için çok ince bir film biçiminde olması gerekir; bu, pratik EMI uygulamaları için önemlidir çünkü bu, malzemenin içindeki yük taşıyıcılarıyla etkileşime girdiklerinde EM dalgalarını yansıtabileceği ve emebileceği anlamına gelir.
Şu anda, grafit film yapmanın temel yolları aromatik polimerlerin yüksek sıcaklıkta pirolizini veya grafen (GO) oksit veya grafen nano tabakalarını katman katman istiflemeyi içerir. Her iki işlem de yaklaşık 3000 °C'lik yüksek sıcaklıklar ve bir saatlik işlem süreleri gerektirir. CVD'de, gereken sıcaklıklar daha düşüktür (700 ila 1300 °C arasında), ancak vakumda bile nanometre kalınlığında filmler yapmak birkaç saat sürer.
Wencai Ren liderliğindeki bir ekip, nikel folyoyu argon atmosferinde 1200 °C'ye kadar ısıtarak ve ardından bu folyoyu 0 °C'de etanole hızla daldırarak birkaç saniye içinde onlarca nanometre kalınlığında yüksek kaliteli grafit filmi üretti. Etanolün ayrışmasından üretilen karbon atomları, metalin yüksek karbon çözünürlüğü (1200 °C'de %0,4 ağırlık) sayesinde nikele yayılır ve çözünür. Bu karbon çözünürlüğü düşük sıcaklıkta büyük ölçüde azaldığından, karbon atomları daha sonra söndürme sırasında nikel yüzeyinden ayrılır ve çöker ve kalın bir grafit filmi üretir. Araştırmacılar, nikelin mükemmel katalitik aktivitesinin aynı zamanda yüksek kristalli grafit oluşumuna yardımcı olduğunu bildiriyor.
Ren ve meslektaşları, yüksek çözünürlüklü transmisyon mikroskobu, X-ışını kırınımı ve Raman spektroskopisinin bir kombinasyonunu kullanarak, ürettikleri grafitin geniş alanlarda oldukça kristalli, iyi katmanlı ve görünür kusurlar içermediğini buldular. Filmin elektron iletkenliği, CVD veya yüksek sıcaklık teknikleri ve GO/grafen filmlerinin preslenmesiyle büyütülen filmlere benzer şekilde 2,6 x 105 S/m kadar yüksekti.
Malzemenin EM radyasyonunu ne kadar iyi engelleyebildiğini test etmek için ekip, 600 mm2 yüzey alanına sahip filmleri polietilen tereftalattan (PET) yapılmış alt tabakalara aktardı. Daha sonra filmin 8,2 ile 12,4 GHz arasındaki X-bant frekans aralığında EMI kalkanlama etkinliğini (SE) ölçtüler. Yaklaşık 77 nm kalınlığındaki bir film için 14,92 dB'den fazla bir EMI SE buldular. Daha fazla filmi bir araya yığdıklarında bu değer, tüm X-bantında 20 dB'nin (ticari uygulamalar için gereken minimum değer) üzerine çıkıyor. Gerçekten de, beş parça yığılmış grafit film içeren bir film (toplamda yaklaşık 385 nm kalınlığında) yaklaşık 28 dB'lik bir EMI SE'ye sahiptir, bu da malzemenin gelen radyasyonun %99,84'ünü engelleyebileceği anlamına gelir. Genel olarak, ekip X-bantında 481.000 dB/cm2/g'lik bir EMI kalkanlaması ölçtü ve daha önce bildirilen tüm sentetik malzemeleri geride bıraktı.
Araştırmacılar, bildikleri kadarıyla grafit filmlerinin, ticari uygulamalar için gereksinimleri karşılayabilen bir EMI koruma performansına sahip, bildirilen koruma malzemeleri arasında en incesi olduğunu söylüyorlar. Mekanik özellikleri de olumlu. Malzemenin yaklaşık 110 MPa'lık kırılma mukavemeti (bir polikarbonat destek üzerine yerleştirilen malzemenin gerilim-şekil değiştirme eğrilerinden elde edilmiştir), diğer yöntemlerle büyütülen grafit filmlerden daha yüksektir. Film aynı zamanda esnektir ve EMI koruma özelliklerini kaybetmeden 5 mm'lik bir bükülme yarıçapıyla 1000 kez bükülebilir. Ayrıca 550 °C'ye kadar termal olarak kararlıdır. Ekip, bu ve diğer özelliklerin, havacılık ve uzay ile elektronik ve optoelektronik de dahil olmak üzere birçok alandaki uygulamalar için ultra ince, hafif, esnek ve etkili bir EMI koruma malzemesi olarak kullanılabileceği anlamına geldiğine inanıyor.
Malzeme bilimindeki en önemli ve heyecan verici gelişmeleri bu yeni açık erişimli dergide okuyun.
Physics World, IOP Publishing'in dünya standartlarında araştırma ve inovasyonu mümkün olan en geniş kitleye iletme misyonunun önemli bir bölümünü temsil eder. Web sitesi, küresel bilim topluluğu için çevrimiçi, dijital ve basılı bilgi hizmetleri koleksiyonu olan Physics World portföyünün bir parçasıdır.
Yayın zamanı: May-07-2020