Дякуємо за реєстрацію у Physics World. Якщо ви бажаєте змінити свої дані будь-коли, будь ласка, відвідайте сторінку Мій обліковий запис.
Графітові плівки можуть захищати електронні пристрої від електромагнітного (ЕМ) випромінювання, але сучасні методи їх виготовлення займають кілька годин і вимагають обробки за температури близько 3000 °C. Команда дослідників з Шеньянської національної лабораторії матеріалознавства Китайської академії наук продемонструвала альтернативний спосіб виготовлення високоякісних графітових плівок лише за кілька секунд шляхом гартування гарячих смуг нікелевої фольги в етанолі. Швидкість зростання цих плівок більш ніж на два порядки вища, ніж в існуючих методах, а електропровідність і механічна міцність плівок відповідають показникам плівок, виготовлених за допомогою хімічного осадження з парової фази (CVD).
Усі електронні пристрої виробляють певну кількість електромагнітного випромінювання. Оскільки пристрої стають дедалі меншими та працюють на все вищих частотах, потенціал електромагнітних перешкод (ЕМП) зростає, і це може негативно вплинути на роботу пристрою, а також на роботу сусідніх електронних систем.
Графіт, алотроп вуглецю, побудований із шарів графену, що скріплюються силами Ван-дер-Ваальса, має низку чудових електричних, теплових та механічних властивостей, які роблять його ефективним екраном від електромагнітних перешкод. Однак, щоб мати високу електропровідність, він повинен бути у формі дуже тонкої плівки, що важливо для практичного застосування електромагнітних перешкод, оскільки це означає, що матеріал може відбивати та поглинати електромагнітні хвилі, коли вони взаємодіють з носіями заряду всередині нього.
Наразі основними способами виготовлення графітової плівки є або високотемпературний піроліз ароматичних полімерів, або пошарове укладання оксиду графену (GO) чи нанолистів графену. Обидва процеси вимагають високих температур близько 3000 °C та часу обробки протягом години. У CVD необхідні температури нижчі (від 700 до 1300 °C), але для виготовлення плівок нанометрової товщини потрібно кілька годин, навіть у вакуумі.
Команда під керівництвом Венцая Рена виготовила високоякісну графітову плівку товщиною в десятки нанометрів за лічені секунди, нагріваючи нікелеву фольгу до 1200 °C в атмосфері аргону, а потім швидко занурюючи цю фольгу в етанол при температурі 0 °C. Атоми вуглецю, що утворюються в результаті розкладання етанолу, дифундують і розчиняються в нікелі завдяки високій розчинності вуглецю в металі (0,4 мас.% при 1200 °C). Оскільки ця розчинність вуглецю значно зменшується при низькій температурі, атоми вуглецю згодом відокремлюються та осідають з поверхні нікелю під час гартування, утворюючи товсту графітову плівку. Дослідники повідомляють, що чудова каталітична активність нікелю також сприяє утворенню висококристалічного графіту.
Використовуючи комбінацію просвічувальної мікроскопії високої роздільної здатності, рентгенівської дифракції та раманівської спектроскопії, Рен та його колеги виявили, що отриманий ними графіт був висококристалічним на великих площах, добре шаруватим і не містив видимих дефектів. Електронна провідність плівки досягала 2,6 x 105 См/м, що подібно до плівок, вирощених методами CVD або високотемпературного пресування плівок GO/графену.
Щоб перевірити, наскільки добре матеріал може блокувати електромагнітне випромінювання, команда перенесла плівки з площею поверхні 600 мм2 на підкладки з поліетилентерефталату (ПЕТ). Потім вони виміряли ефективність екранування електромагнітних перешкод (SE) плівки в діапазоні частот X-діапазону, від 8,2 до 12,4 ГГц. Вони виявили SE EMI понад 14,92 дБ для плівки товщиною приблизно 77 нм. Це значення зростає до понад 20 дБ (мінімальне значення, необхідне для комерційного застосування) у всьому X-діапазоні, коли вони складали разом більше плівок. Дійсно, плівка, що містить п'ять шматків складених графітових плівок (загальною товщиною близько 385 нм), має SE EMI близько 28 дБ, що означає, що матеріал може блокувати 99,84% падаючого випромінювання. Загалом команда виміряла екранування електромагнітних перешкод 481 000 дБ/см2/г у всьому X-діапазоні, перевершуючи всі раніше зареєстровані синтетичні матеріали.
Дослідники стверджують, що, наскільки їм відомо, їхня графітова плівка є найтоншою серед відомих захисних матеріалів, з характеристиками екранування електромагнітних перешкод, які можуть задовольнити вимоги комерційного застосування. Її механічні властивості також сприятливі. Міцність матеріалу на розрив приблизно 110 МПа (визначена з кривих напруження-деформації матеріалу, розміщеного на полікарбонатній підкладці), вища, ніж у графітових плівок, вирощених іншими методами. Плівка також гнучка і може згинатися 1000 разів з радіусом вигину 5 мм без втрати своїх властивостей екранування електромагнітних перешкод. Вона також термічно стійка до 550 °C. Команда вважає, що ці та інші властивості означають, що її можна використовувати як надтонкий, легкий, гнучкий та ефективний матеріал для екранування електромагнітних перешкод для застосування в багатьох галузях, включаючи аерокосмічну промисловість, а також електроніку та оптоелектроніку.
Читайте про найважливіші та найцікавіші досягнення в матеріалознавстві в цьому новому журналі з відкритим доступом.
«Physics World» є ключовою частиною місії видавництва IOP Publishing, яка полягає в донесенні результатів досліджень та інновацій світового класу до якомога ширшої аудиторії. Вебсайт є частиною портфоліо «Physics World» – колекції онлайн-, цифрових та друкованих інформаційних послуг для світової наукової спільноти.
Час публікації: 07 травня 2020 р.