Nedavno su Sun Rong i drugi srodni istraživači iz Shenzhen Instituta za naprednu tehnologiju Kineske akademije nauka predložili jednostavnu strategiju termičke obrade u jednom koraku za pripremu laganih karboniziranih melaminskih (CMF/rGO/Ag) pjenastih materijala obloženih srebrom/redukiranim grafen oksidom. Karbonizani kompozitni melaminski pjenasti materijal pružio je odlična mehanička svojstva i odličan efekat EMI zaštite (EMI SE).
Porast 5G komunikacija i pametnih telefona pogoršao je problem elektromagnetnih smetnji.
Ozbiljne elektromagnetne smetnje mogu uzrokovati gubitak podataka, kvar sistema, pa čak i ugroziti zdravlje ljudi.
Razvoj materijala za zaštitu od elektromagnetnih smetnji visokih performansi sa ultra-niskom gustinom i dobrom mehaničkom fleksibilnošću je efikasan način za suzbijanje štetnog zagađenja elektromagnetnim talasima ili zračenja.
Za tradicionalne metalne materijale, poboljšanje provodljivosti je uvijek bila primarna strategija za postizanje visokoučinkovitih zaštitnih materijala.
Osim toga, novi nanomaterijali kao što su grafen, karbonske nanocijevi i MXene također imaju visoke performanse zaštite od elektromagnetskog zračenja.
Zbog vrlo fleksibilnog procesa proizvodnje nanomaterijala, ovi materijali se prerađuju u pjenastu ili filmsku formu za EMI zaštitu. U poređenju sa pjenastim oblikom nanomaterijala, gusti filmovi pokazuju veću vodljivost.
Visoka provodljivost može direktno generirati visok EMI SE snažno reflektirajući upadne elektromagnetne valove.
Na primjer, koeficijent refleksije elektromagnetnih valova visoko provodljivih metala obično prelazi 90%, što znači da će se 90% upadnih elektromagnetnih valova reflektirati u slobodni prostor.
Reflektirani elektromagnetski valovi također mogu uzrokovati ozbiljno sekundarno zagađenje elektromagnetnim zračenjem. Još uvijek je izazov dobiti materijale za zaštitu od EMI visokih performansi s niskim koeficijentom refleksije elektromagnetnih valova.
Zaštitni materijal u obliku pjene sastoji se od porozne strukture. Zbog svoje male težine, dobre mehaničke kompresije i podesivih performansi EMI zaštite, ima veliki potencijal u zamjeni tradicionalnih krutih metalnih zaštitnih materijala.
Konkretno, porozna struktura omogućava zaštitnom materijalu tipa pjene da ima očigledne višestruke refleksije na upadne elektromagnetne valove, tako da pjena može apsorbirati i ublažiti elektromagnetne valove. Prijavljeno je da će porozna struktura poboljšati apsorpciju elektromagnetnih talasa od strane MXene.
U poređenju sa čvrstim materijalima, porozna struktura ima bolju sposobnost usklađivanja impedanse elektromagnetnog talasa i može dovesti do toga da upadni elektromagnetni talasi uđu u unutrašnju strukturu zaštitne pene. Stoga, EMI zaštitni materijali sa niskim koeficijentom refleksije i visokim koeficijentom apsorpcije treba da imaju dobro usklađivanje impedancije (niska refleksija) i visoku višestruku refleksiju. Na primjer, pripremljene su slojevite strukture, višeslojne strukture i izotropne strukture, sa visokim EMI SE i koeficijentima apsorpcije. Uopšteno govoreći, složene strukture i višekomponente često uključuju obradu u više koraka, a mehanička fleksibilnost je loša.
Posrebrena poliimidna pjena pripremljena je metodom fizičkog prskanja, a gustina joj je bila 23 kg/m3. Posrebrena melaminska pjena pripremljena je hemijskim taloženjem. Pripremljena posrebrena melaminska pjena ima EMI visok SE od 90 dB i sadržaj srebra od 63.5 tež.%. Osim toga, također se predlaže metoda elektromagnetne zaštite od elektromagnetnih smetnji na bazi polimera na bazi nanovlakna presvučena bakrom/niklom od polimetakrilimidne pjene i zlatne nanočestice.
Međutim, zbog inherentne neusklađenosti međusklopa između čvrstog metala i fleksibilnog okvira, materijali za zaštitu od metalne pjene pripremljeni galvanizacijom, elektrobezgradnjom i fizičkim prskanjem imaju loša mehanička svojstva. Poboljšanje veze između metalnih čestica i fleksibilnog skeleta od pjene i realizacija materijala za zaštitu od metalne pjene sa odličnim mehaničkim svojstvima i dalje su puni izazova.
U ovoj studiji, autor je predložio jednostavnu strategiju termičke obrade u jednom koraku za pripremu laganog srebra/reduciranog grafenskog oksida obloženog karboniziranim melaminom (CMF/rGO/Ag) kompozitnog pjenastog materijala, koji ima izvrsna mehanička svojstva i odličan EMI zaštitni efekat (EMI SE). Zbog poboljšanog sučelja između kompozitnog okvira i srebra, CMF/rGO/Ag pjena je pokazala odličnu strukturnu stabilnost nakon 1000 kompresijskih ciklusa opterećenja i rasterećenja. Osim toga, EMI SE pjene je dostigao 50.6 dB pri gustini od samo 16 mg cm2 g-1 i ultra-niskom sadržaju Ag od 0.09 vol%.
Zanimljivo je da je saradnja poroznog okvira i višestrukih interfejsa rezultirala neobično visokim koeficijentom apsorpcije (preko 0.5) CMF/rGO/Ag pjene. Zaštitni mehanizam s visokim koeficijentom apsorpcije CMF/rGO/Ag pjene dalje je proučavan analizom konačnih elemenata (FEA). Odlične performanse zaštite od elektromagnetskog zračenja u blizini polja CMF/rGO/Ag pene pokazuju da jaka CMF/rGO/Ag pena male gustine ima velike prednosti i široke izglede za primenu kao EMI zaštitni materijali za elektronsko pakovanje.