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