Cảm ơn bạn đã đăng ký với Physics World Nếu bạn muốn thay đổi thông tin chi tiết của mình bất kỳ lúc nào, vui lòng truy cập Tài khoản của tôi
Phim than chì có thể bảo vệ các thiết bị điện tử khỏi bức xạ điện từ (EM), nhưng các kỹ thuật hiện tại để sản xuất chúng mất vài giờ và yêu cầu nhiệt độ xử lý khoảng 3000 °C. Một nhóm các nhà nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm khoa học vật liệu quốc gia Thẩm Dương thuộc Viện Hàn lâm khoa học Trung Quốc hiện đã chứng minh một cách thay thế để tạo ra các màng than chì chất lượng cao chỉ trong vài giây bằng cách làm nguội các dải lá niken nóng trong etanol. Tốc độ tăng trưởng của các màng này cao hơn hai cấp độ so với các phương pháp hiện có và độ dẫn điện và độ bền cơ học của màng ngang bằng với các màng được tạo ra bằng phương pháp lắng đọng hơi hóa học (CVD).
Tất cả các thiết bị điện tử đều tạo ra một số bức xạ EM. Khi các thiết bị ngày càng nhỏ hơn và hoạt động ở tần số ngày càng cao, khả năng nhiễu điện từ (EMI) tăng lên và có thể ảnh hưởng xấu đến hiệu suất của thiết bị cũng như của các hệ thống điện tử gần đó.
Graphite, một dạng thù hình của carbon được tạo thành từ các lớp graphene được giữ lại với nhau bằng lực van der Waals, có một số đặc tính điện, nhiệt và cơ học đáng chú ý khiến nó trở thành một lá chắn hiệu quả chống lại EMI. Tuy nhiên, nó cần phải ở dạng một lớp màng rất mỏng để có độ dẫn điện cao, điều này rất quan trọng đối với các ứng dụng EMI thực tế vì nó có nghĩa là vật liệu có thể phản xạ và hấp thụ sóng EM khi chúng tương tác với các hạt mang điện bên trong nó.
Hiện nay, các phương pháp chính để tạo màng than chì bao gồm nhiệt phân ở nhiệt độ cao các polyme thơm hoặc xếp chồng các lớp oxit graphene (GO) hoặc các lớp nano graphene. Cả hai quy trình đều yêu cầu nhiệt độ cao khoảng 3000 °C và thời gian xử lý là một giờ. Trong CVD, nhiệt độ yêu cầu thấp hơn (từ 700 đến 1300 °C), nhưng phải mất vài giờ để tạo ra các màng dày nanomet, ngay cả trong chân không.
Một nhóm do Wencai Ren đứng đầu hiện đã sản xuất được màng than chì chất lượng cao dày hàng chục nanomet chỉ trong vài giây bằng cách nung nóng lá niken đến 1200 °C trong môi trường khí argon rồi nhanh chóng nhúng lá này vào etanol ở 0 °C. Các nguyên tử cacbon được tạo ra từ quá trình phân hủy etanol khuếch tán và hòa tan vào niken nhờ độ hòa tan cacbon cao của kim loại này (0,4 wt% ở 1200 °C). Do độ hòa tan cacbon này giảm đáng kể ở nhiệt độ thấp nên các nguyên tử cacbon sau đó tách ra và kết tủa khỏi bề mặt niken trong quá trình làm nguội, tạo ra một màng than chì dày. Các nhà nghiên cứu báo cáo rằng hoạt tính xúc tác tuyệt vời của niken cũng hỗ trợ quá trình hình thành than chì có độ kết tinh cao.
Sử dụng kết hợp kính hiển vi truyền dẫn độ phân giải cao, nhiễu xạ tia X và quang phổ Raman, Ren và các đồng nghiệp phát hiện ra rằng than chì họ tạo ra có độ kết tinh cao trên diện tích lớn, được phân lớp tốt và không chứa khuyết tật có thể nhìn thấy. Độ dẫn điện tử của màng cao tới 2,6 x 105 S/m, tương tự như màng được phát triển bằng kỹ thuật CVD hoặc nhiệt độ cao và ép màng GO/graphene.
Để kiểm tra xem vật liệu có thể chặn bức xạ điện từ tốt như thế nào, nhóm đã chuyển các màng có diện tích bề mặt là 600 mm2 lên các chất nền làm bằng polyethylene terephthalate (PET). Sau đó, họ đo hiệu quả che chắn EMI (SE) của màng trong dải tần X-band, giữa 8,2 và 12,4 GHz. Họ tìm thấy EMI SE là hơn 14,92 dB cho một màng dày khoảng 77 nm. Giá trị này tăng lên hơn 20 dB (giá trị tối thiểu cần thiết cho các ứng dụng thương mại) trong toàn bộ X-band khi họ xếp chồng nhiều màng hơn với nhau. Thật vậy, một màng chứa năm mảnh màng graphite xếp chồng lên nhau (tổng độ dày khoảng 385 nm) có EMI SE khoảng 28 dB, điều đó có nghĩa là vật liệu có thể chặn 99,84% bức xạ chiếu tới. Nhìn chung, nhóm đã đo được khả năng che chắn EMI là 481.000 dB/cm2/g trên toàn bộ X-band, vượt trội hơn tất cả các vật liệu tổng hợp đã báo cáo trước đây.
Các nhà nghiên cứu cho biết theo hiểu biết của họ, màng than chì của họ là mỏng nhất trong số các vật liệu che chắn được báo cáo, với hiệu suất che chắn EMI có thể đáp ứng yêu cầu cho các ứng dụng thương mại. Các tính chất cơ học của nó cũng rất thuận lợi. Độ bền gãy của vật liệu khoảng 110 MPa (trích từ các đường cong ứng suất-biến dạng của vật liệu được đặt trên giá đỡ polycarbonate) cao hơn so với các màng than chì được phát triển bằng các phương pháp khác. Màng cũng linh hoạt và có thể uốn cong 1000 lần với bán kính uốn là 5 mm mà không làm mất đi các tính chất che chắn EMI của nó. Nó cũng ổn định nhiệt lên đến 550 °C. Nhóm nghiên cứu tin rằng những tính chất này và các tính chất khác có nghĩa là nó có thể được sử dụng như một vật liệu che chắn EMI siêu mỏng, nhẹ, linh hoạt và hiệu quả cho các ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm hàng không vũ trụ cũng như điện tử và quang điện tử.
Đọc những tiến bộ quan trọng và thú vị nhất trong khoa học vật liệu trong tạp chí truy cập mở mới này.
Physics World đại diện cho một phần quan trọng trong sứ mệnh của IOP Publishing là truyền đạt nghiên cứu và đổi mới đẳng cấp thế giới đến nhiều đối tượng nhất có thể. Trang web này là một phần của danh mục Physics World, một bộ sưu tập các dịch vụ thông tin trực tuyến, kỹ thuật số và in ấn cho cộng đồng khoa học toàn cầu.
Thời gian đăng: 07-05-2020