Πρόσφατα, ο Sun Rong και άλλοι σχετικοί ερευνητές από το Ινστιτούτο Προηγμένης Τεχνολογίας Shenzhen της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών πρότειναν μια απλή στρατηγική θερμικής επεξεργασίας ενός βήματος για την παρασκευή ελαφρών αφρωδών υλικών μελαμίνης ανθρακούχου σύνθετου υλικού με επικάλυψη αργύρου/ανηγμένου οξειδίου του γραφενίου (CMF/rGO/Ag). Το αφρώδες υλικό μελαμίνης ανθρακούχου σύνθετου υλικού παρείχε εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες και εξαιρετικό αποτέλεσμα θωράκισης από ηλεκτρομαγνητικές ηλεκτρόδια (EMI SE).
Η άνοδος των επικοινωνιών 5G και των έξυπνων τηλεφώνων έχει επιδεινώσει το πρόβλημα των ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών.
Σοβαρές ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές μπορεί να προκαλέσουν απώλεια δεδομένων, αστοχία του συστήματος, ακόμη και να θέσουν σε κίνδυνο την ανθρώπινη υγεία.
Η ανάπτυξη υλικών θωράκισης ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών υψηλής απόδοσης με εξαιρετικά χαμηλή πυκνότητα και καλή μηχανική ευελιξία είναι ένας αποτελεσματικός τρόπος για την καταστολή της ρύπανσης ή της ακτινοβολίας επιβλαβών ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.
Για τα παραδοσιακά μεταλλικά υλικά, η βελτίωση της αγωγιμότητας ήταν πάντα η κύρια στρατηγική για την επίτευξη υλικών θωράκισης υψηλής απόδοσης.
Επιπλέον, νέα νανοϋλικά όπως το γραφένιο, οι νανοσωλήνες άνθρακα και το MXene έχουν επίσης αναφερθεί ότι έχουν υψηλή απόδοση θωράκισης EMI.
Λόγω της εξαιρετικά ευέλικτης διαδικασίας κατασκευής νανοϋλικών, αυτά τα υλικά μεταποιούνται σε μορφή αφρού ή φιλμ για θωράκιση EMI. Σε σύγκριση με την αφρώδη μορφή των νανοϋλικών, οι πυκνές μεμβράνες παρουσιάζουν υψηλότερη αγωγιμότητα.
Η υψηλή αγωγιμότητα μπορεί να δημιουργήσει άμεσα υψηλό EMI SE ανακλώντας έντονα τα προσπίπτοντα ηλεκτρομαγνητικά κύματα.
Για παράδειγμα, ο συντελεστής ανάκλασης ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων των εξαιρετικά αγώγιμων μετάλλων συνήθως υπερβαίνει το 90%, πράγμα που σημαίνει ότι το 90% των προσπίπτων ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων θα ανακλάται στον ελεύθερο χώρο.
Τα ανακλώμενα ηλεκτρομαγνητικά κύματα μπορούν επίσης να προκαλέσουν σοβαρή δευτερογενή ρύπανση από ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Εξακολουθεί να αποτελεί πρόκληση η απόκτηση υλικών θωράκισης EMI υψηλής απόδοσης με χαμηλό συντελεστή ανάκλασης ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.
Το υλικό θωράκισης τύπου αφρού αποτελείται από μια πορώδη δομή. Λόγω του μικρού βάρους, της καλής μηχανικής συμπιεστότητας και της ρυθμιζόμενης απόδοσης θωράκισης EMI, έχει μεγάλες δυνατότητες στην αντικατάσταση των παραδοσιακών άκαμπτων μεταλλικών υλικών θωράκισης.
Συγκεκριμένα, η πορώδης δομή επιτρέπει στο υλικό θωράκισης τύπου αφρού να έχει εμφανείς πολλαπλές αντανακλάσεις στα προσπίπτοντα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, έτσι ώστε ο αφρός να απορροφά και να εξασθενεί τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Έχει αναφερθεί ότι η πορώδης δομή θα ενισχύσει την απορρόφηση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων από το MXene.
Σε σύγκριση με τα στερεά υλικά, η πορώδης δομή έχει καλύτερη ικανότητα αντιστοίχισης σύνθετης αντίστασης ηλεκτρομαγνητικού κύματος και μπορεί να κάνει τα προσπίπτοντα ηλεκτρομαγνητικά κύματα να εισέλθουν στην εσωτερική δομή του αφρού θωράκισης. Επομένως, τα υλικά θωράκισης EMI με χαμηλό συντελεστή ανάκλασης και υψηλό συντελεστή απορρόφησης θα πρέπει να έχουν καλή αντιστοίχιση σύνθετης αντίστασης (χαμηλή ανάκλαση) και υψηλή πολλαπλή ανάκλαση. Για παράδειγμα, έχουν παρασκευαστεί πολυστρωματικές δομές, πολυστρωματικές δομές και ισοτροπικές δομές, με υψηλό EMI SE και συντελεστές απορρόφησης. Σε γενικές γραμμές, οι πολύπλοκες δομές και τα πολλαπλά συστατικά συχνά περιλαμβάνουν επεξεργασία πολλών σταδίων και η μηχανική ευελιξία είναι ανεπαρκής.
Ο επαργυρωμένος αφρός πολυιμιδίου παρασκευάστηκε με φυσική μέθοδο ψεκασμού και η πυκνότητά του ήταν 23kg/m3. Ο επάργυρος αφρός μελαμίνης παρασκευάστηκε με χημική εναπόθεση. Ο παρασκευασμένος επάργυρος αφρός μελαμίνης έχει EMI υψηλό SE 90 dB και περιεκτικότητα σε άργυρο 63.5 wt%. Επιπλέον, προτείνεται επίσης ένας υβριδικός αφρός πολυμεθακρυλιμιδίου με επίστρωση χαλκού/νικελίου και ηλεκτρομαγνητικής ηλεκτρομαγνητικής παρεμβολής με επίστρωση πολυμερούς με επίστρωση νανοσωματιδίων χρυσού.
Ωστόσο, λόγω της εγγενούς ασυμφωνίας διεπαφής μεταξύ του άκαμπτου μετάλλου και του εύκαμπτου πλαισίου, τα υλικά θωράκισης από αφρώδες μέταλλο που παρασκευάζονται με ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση, ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση και φυσικό ψεκασμό έχουν κακές μηχανικές ιδιότητες. Η ενίσχυση της σύνδεσης μεταξύ των μεταλλικών σωματιδίων και του εύκαμπτου σκελετού αφρού και η υλοποίηση υλικών θωράκισης από αφρώδες μέταλλο με εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες εξακολουθούν να είναι γεμάτες προκλήσεις.
Σε αυτή τη μελέτη, ο συγγραφέας πρότεινε μια απλή στρατηγική θερμικής επεξεργασίας ενός σταδίου για την παρασκευή ελαφρού σύνθετου αφρώδους υλικού με επικάλυψη από άργυρο/ανηγμένο οξείδιο γραφενίου (CMF/rGO/Ag), το οποίο έχει εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες και εξαιρετικό εφέ θωράκισης EMI (EMI SE). Λόγω της βελτιωμένης διεπαφής μεταξύ του σύνθετου πλαισίου και του αργύρου, ο αφρός CMF/rGO/Ag έδειξε εξαιρετική δομική σταθερότητα μετά από 1000 κύκλους δοκιμής συμπίεσης φόρτωσης-εκφόρτωσης. Επιπλέον, το EMI SE του αφρού έφτασε τα 50.6 dB σε πυκνότητα μόνο 16 mg cm2 g-1 και εξαιρετικά χαμηλή περιεκτικότητα σε Ag 0.09 vol%.
Είναι ενδιαφέρον ότι η συνεργασία του πορώδους πλαισίου και των πολλαπλών διεπαφών είχε ως αποτέλεσμα τον ασυνήθιστα υψηλό συντελεστή απορρόφησης (πάνω από 0.5) του αφρού CMF/rGO/Ag. Ο μηχανισμός θωράκισης με υψηλό συντελεστή απορρόφησης του αφρού CMF/rGO/Ag μελετήθηκε περαιτέρω με ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων (FEA). Η εξαιρετική απόδοση θωράκισης EMI κοντινού πεδίου του αφρού CMF/rGO/Ag δείχνει ότι ο χαμηλής πυκνότητας, ισχυρός αφρός CMF/rGO/Ag έχει μεγάλα πλεονεκτήματα και ευρείες προοπτικές εφαρμογής ως υλικά θωράκισης EMI για ηλεκτρονικές συσκευασίες.