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    聚合物膜可防止電磁輻射和信號干擾

    隨著電子設備浸入公眾和個人生活的各個角落,工程師們正忙于尋找輕便,機械穩定,靈活且易于制造的材料,這些材料可以保護人類免受過多的電磁輻射并防止電子設備相互干擾。

    加州大學的工程師在《先進材料》(該領域的頂級期刊)上發表的突破性報告中,Riverside描述了一種使用準一維納米材料填料制成的柔性膜,該填料結合了出色的電磁屏蔽性能和易加工性。

    高級作者亞歷山大·A·巴蘭丁(Alexander A. Balandin)說:“這些新穎的薄膜有望用于高頻通信技術,這些技術需要柔性,輕便,耐腐蝕,廉價和電絕緣的電磁干擾屏蔽膜。”加州大學河濱分校的Marlan和Rosemary Bourns工程學院的工程專業。“它們與高頻射頻輻射緊密耦合,同時在直流測量中保持電絕緣。”

    當來自不同電子設備的信號相互交叉時,會發生電磁干擾或EMI,從而影響性能。例如,來自手機或筆記本電腦的WiFi信號,甚至是廚房攪拌器的信號,都可能導致靜電出現在電視屏幕上。同樣,航空公司會指示乘客在著陸和起飛期間關閉手機,因為他們的信號會干擾導航信號。

    工程師很久以前就了解到,任何電子設備都可能會影響附近設備的功能,并開發出了可以屏蔽電子設備免受干擾信號影響的材料。但是,由于電子設備無處不在,小型,無線連接,并且對無數基本服務至關重要,因此,由EMI引起的故障的機會和風險已經激增,而傳統的EMI屏蔽材料常常不足。與過去相比,更多的電子設備意味著人類也將受到更大的電磁輻射。下一代電子產品將需要新的屏蔽材料。

    Balandin領導了一個團隊,開發了具有可擴展性的復合材料,該復合材料具有不尋常的填料-化學剝落的準一維范德華材料束。該復合材料在千兆赫和亞太赫茲頻率范圍內展示了出色的EMI屏蔽材料,這對于當前和未來的通信技術很重要,同時仍保持電絕緣。

    石墨烯是最著名的范德華材料。它是二維的,因為它是原子牢固結合的平面。許多石墨烯平面在范德華力的作用下微弱地耦合,從而形成了塊狀石墨晶體。多年來,研究主要集中在二維分層范德華材料上,這些材料會剝落到原子平面內。

    一維范德華材料由牢固結合的原子鏈組成,而不是由范德華力弱結合的平面組成。這樣的材料剝落成針狀的“一維”結構,而不是二維平面。Balandin小組對一維金屬進行了開創性研究,證明了其非同尋常的特性。在新論文中,Balandin研究小組報告了一種化學方法,該方法可以擴大規模以大規模生產這些一維材料。

    博士生Zahra Barani和Balandin的聲子優化工程材料(POEM Center)的研究教授兼項目科學家Fariboz Kargar通過處理過渡金屬三鹵化物或TaSe 3(一種準范氏層狀范德華材料)合成了獨特的復合材料。一維晶體結構,其化學物質使它脫落了針狀準1D van der Waals納米線,其長寬比高達約106,比長于厚度的長得多。在先前的研究中,該小組發現準1D TaSe 3原子線束可以支持高電流密度。

    “沒有標準的剝落材料的配方。我進行了許多試驗和錯誤實驗,同時檢查了切割能和其他重要參數以高產率剝落它們。我知道關鍵是要獲得高縱橫比的束盡力而為,因為EM波能更好地與更長和更細的線耦合,因此在每個剝離步驟后都需要光學顯微鏡和掃描電子顯微鏡表征。”

    研究人員用一束剝落的TaSe 3填充了一種由特殊聚合物制成的基質,以產生黑色薄膜。合成的復合膜在保持電絕緣的同時,還表現出出色的阻擋電磁波性能。填充劑含量低的聚合物復合材料特別有效。

    Kargar說:“復合材料的電磁屏蔽效果與填料的長徑比相關。長徑比越高,提供有效的EM屏蔽所需的填料濃度越低。” “這是有益的,因為通過降低填料含量,可以利用聚合物的固有特性,例如重量輕和柔韌性。在這一點上,我可以說這類材料在適當剝落,控制厚度和厚度之后是非常好的。長度。”

    “最后,我把它們弄對了,準備了一種復合材料并測量了EMI性能。結果令人驚訝:沒有導電性,但微米級厚膜的電磁屏蔽率超過99.99%,” Barani補充說。

    準1D范德瓦爾斯金屬填料可以廉價,大量生產。Balandin說,對準1D van der Waals材料作為單個導體的原子束以及與這種材料的復合材料的研究才剛剛開始。

    他說:“我相信,與準2D材料一樣,準1D van der Waals材料將很快取得很大進展。”

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