Physics World'e kayıt olduğunuz için teşekkür ederiz. Bilgilerinizi dilediğiniz zaman değiştirmek isterseniz, lütfen Hesabım bölümünü ziyaret edin.
Grafit filmler, elektronik cihazları elektromanyetik (EM) radyasyondan koruyabilir, ancak mevcut üretim teknikleri birkaç saat sürer ve yaklaşık 3000 °C işlem sıcaklığı gerektirir. Çin Bilimler Akademisi'ndeki Shenyang Ulusal Malzeme Bilimi Laboratuvarı'ndan bir araştırma ekibi, nikel folyo şeritlerini etanolde soğutarak sadece birkaç saniyede yüksek kaliteli grafit filmler üretmenin alternatif bir yolunu gösterdi. Bu filmlerin büyüme hızı, mevcut yöntemlere göre iki kat daha yüksek ve filmlerin elektriksel iletkenliği ve mekanik dayanımı, kimyasal buhar biriktirme (CVD) kullanılarak üretilen filmlerle aynı seviyede.
Tüm elektronik cihazlar bir miktar elektromanyetik radyasyon üretir. Cihazlar küçüldükçe ve daha yüksek frekanslarda çalıştıkça, elektromanyetik girişim (EMI) potansiyeli artar ve hem cihazın performansını hem de yakındaki elektronik sistemlerin performansını olumsuz etkileyebilir.
Grafit, van der Waals kuvvetleriyle bir arada tutulan grafen katmanlarından oluşan bir karbon allotropudur ve elektromanyetik girişime (EMI) karşı etkili bir kalkan olmasını sağlayan bir dizi dikkat çekici elektriksel, termal ve mekanik özelliğe sahiptir. Bununla birlikte, yüksek elektriksel iletkenliğe sahip olması için çok ince bir film şeklinde olması gerekir; bu da pratik EMI uygulamaları için önemlidir çünkü malzemenin içindeki yük taşıyıcılarıyla etkileşime girerken elektromanyetik dalgaları yansıtıp emebileceği anlamına gelir.
Şu anda grafit film üretmenin başlıca yolları, aromatik polimerlerin yüksek sıcaklıkta pirolizi veya grafen (GO) oksit veya grafen nano tabakalarının katman katman üst üste yığılmasıdır. Her iki işlem de yaklaşık 3000 °C gibi yüksek sıcaklıklar ve bir saatlik işlem süreleri gerektirir. CVD'de gerekli sıcaklıklar daha düşüktür (700 ila 1300 °C arasında), ancak nanometre kalınlığında filmlerin üretilmesi, vakumda bile birkaç saat sürer.
Wencai Ren liderliğindeki bir ekip, nikel folyoyu argon atmosferinde 1200 °C'ye ısıtıp ardından bu folyoyu 0 °C'de etanole hızla daldırarak birkaç saniye içinde onlarca nanometre kalınlığında yüksek kaliteli grafit film üretmeyi başardı. Etanolün ayrışmasından oluşan karbon atomları, metalin yüksek karbon çözünürlüğü (1200 °C'de %0,4 ağırlıkça) sayesinde nikelin içine yayılır ve çözünür. Bu karbon çözünürlüğü düşük sıcaklıkta büyük ölçüde azaldığı için, karbon atomları daha sonra soğutma sırasında nikel yüzeyinden ayrışır ve çökelir, böylece kalın bir grafit film oluşur. Araştırmacılar, nikelin mükemmel katalitik aktivitesinin de yüksek kristalli grafit oluşumuna yardımcı olduğunu belirtiyor.
Ren ve meslektaşları, yüksek çözünürlüklü iletim mikroskobu, X-ışını kırınımı ve Raman spektroskopisi kombinasyonunu kullanarak ürettikleri grafitin geniş alanlarda yüksek oranda kristal yapılı, iyi katmanlı ve görünür kusur içermediğini buldular. Filmin elektron iletkenliği, CVD veya yüksek sıcaklık teknikleriyle yetiştirilen ve GO/grafen filmlerinin preslenmesiyle elde edilen filmlere benzer şekilde 2,6 x 10⁵ S/m kadar yüksekti.
Malzemenin elektromanyetik radyasyonu ne kadar iyi engelleyebileceğini test etmek için ekip, 600 mm2 yüzey alanına sahip filmleri polietilen tereftalat (PET) alt tabakalara aktardı. Daha sonra filmin elektromanyetik girişim (EMI) koruma etkinliğini (SE) 8,2 ile 12,4 GHz arasındaki X-band frekans aralığında ölçtüler. Yaklaşık 77 nm kalınlığındaki bir film için 14,92 dB'den fazla bir EMI SE değeri buldular. Daha fazla film üst üste yığıldığında bu değer, tüm X-bandında 20 dB'den fazla (ticari uygulamalar için gerekli minimum değer) bir değere yükseldi. Gerçekten de, beş adet üst üste yığılmış grafit film parçası içeren bir film (toplamda yaklaşık 385 nm kalınlığında), yaklaşık 28 dB'lik bir EMI SE değerine sahip olup, bu da malzemenin gelen radyasyonun %99,84'ünü engelleyebileceği anlamına gelir. Genel olarak, ekip X-bandı boyunca 481.000 dB/cm2/g'lik bir EMI koruma değeri ölçtü ve daha önce bildirilen tüm sentetik malzemelerden daha iyi performans gösterdi.
Araştırmacılar, bildikleri kadarıyla, grafit filmlerinin, ticari uygulamalar için gereken elektromanyetik girişim (EMI) koruma performansını karşılayabilecek, raporlanmış koruma malzemeleri arasında en ince film olduğunu söylüyorlar. Mekanik özellikleri de oldukça elverişli. Malzemenin yaklaşık 110 MPa'lık kırılma dayanımı (polikarbonat bir destek üzerine yerleştirilen malzemenin gerilim-gerinim eğrilerinden elde edilmiştir), diğer yöntemlerle üretilen grafit filmlerden daha yüksektir. Film aynı zamanda esnektir ve EMI koruma özelliklerini kaybetmeden 5 mm'lik bir bükme yarıçapıyla 1000 kez bükülebilir. Ayrıca 550 °C'ye kadar termal olarak kararlıdır. Ekip, bu ve diğer özelliklerin, havacılık, elektronik ve optoelektronik dahil olmak üzere birçok alanda ultra ince, hafif, esnek ve etkili bir EMI koruma malzemesi olarak kullanılabileceği anlamına geldiğine inanıyor.
Bu yeni açık erişimli dergide malzeme bilimindeki en önemli ve heyecan verici gelişmeleri okuyun.
Physics World, IOP Publishing'in dünya standartlarındaki araştırma ve yenilikleri mümkün olan en geniş kitleye ulaştırma misyonunun önemli bir parçasını temsil etmektedir. Web sitesi, küresel bilim camiası için çevrimiçi, dijital ve basılı bilgi hizmetlerinden oluşan Physics World portföyünün bir parçasıdır.
Yayın tarihi: 07 Mayıs 2020