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聚合物薄膜可防止电磁辐射、信号干扰,这一突破将出色的电磁屏蔽与易于制造和电气隔离相结合,中国建材网,cnprofit.com
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聚合物薄膜可防止电磁辐射、信号干扰,这一突破将出色的电磁屏蔽与易于制造和电气隔离相结合
2021年07月26日    阅读量:1667    新闻来源:中国建材网 cnprofit.com  |  投稿

随着电子设备充斥着公共和个人生活的各个角落,工程师们正在争先恐后地寻找重量轻、机械稳定、灵活且易于制造的材料,这些材料可以保护人类免受过多的电磁辐射并防止电子设备相互干扰。


在该领域顶级期刊Advanced Materials 上发表的突破性报告中,加州大学河滨分校的工程师描述了一种使用准一维纳米材料填料的柔性薄膜,这种薄膜结合了出色的电磁屏蔽和易于制造的特性。


聚合物薄膜可防止电磁辐射、信号干扰,这一突破将出色的电磁屏蔽与易于制造和电气隔离相结合 中国建材网,cnprofit.com


“这些新型薄膜有望用于高频通信技术,这些技术需要柔韧、轻便、耐腐蚀、价格低廉且电绝缘的电磁干扰屏蔽薄膜,”资深作者、电气和计算机专业教授 Alexander A. Balandin 说中国建材网cnprofit.com。加州大学河滨分校马兰和罗斯玛丽伯恩斯工程学院的工程。“它们与高频射频辐射强烈耦合,同时在直流测量中保持电绝缘。”


当来自不同电子设备的信号相互交叉时会发生电磁干扰或 EMI,从而影响性能。例如,来自手机或笔记本电脑 WiFi 甚至厨房搅拌机的信号可能会导致电视屏幕上出现静电。同样,航空公司指示乘客在着陆和起飞期间关闭手机,因为它们的信号会干扰导航信号。


工程师很久以前就了解到,任何电气设备都可能影响附近设备的功能,并开发了材料来屏蔽电子设备免受干扰信号的影响。但现在电子设备变得无处不在、体积小、无线连接并且对无数基本服务至关重要,EMI 引起故障的机会和风险激增,而传统的 EMI 屏蔽材料往往不足。更多的电子设备意味着人类也暴露在比过去更大的电磁辐射中。下一代电子产品将需要新的屏蔽材料。


巴兰丁领导的团队开发了具有不寻常填料的复合材料的可扩展合成——化学剥离的准一维范德华材料束。这些复合材料在千兆赫和亚太赫兹频率范围内展示了卓越的 EMI 屏蔽材料,这对当前和未来的通信技术很重要,同时保持电绝缘。


石墨烯是最著名的范德华材料。它是二维的,因为它是一个由强束缚原子组成的平面。由范德华力弱耦合的石墨烯的许多平面构成块状石墨晶体。多年来,研究主要集中在二维分层范德华材料上,这些材料剥落成原子平面。


一维范德华材料由强结合的原子链组成,而不是由范德华力弱结合的平面组成。这种材料剥落成针状“一维”结构而不是二维平面。Balandin 小组对一维金属进行了开创性的研究,展示了它们不同寻常的特性。在这篇新论文中,Balandin 小组报告了使用一种化学工艺可以扩大规模以大规模生产这些一维材料。


博士生 Zahra Barani 和 Balandin 声子优化工程材料或 POEM 中心的研究教授和项目科学家 Fariboz Kargar 通过处理过渡金属三硫族化合物或 TaSe 3合成了独特的复合材料,TaSe 3是一种分层范德华材料,具有准一维晶体结构,化学物质导致它脱落针状、准一维范德华纳米线,具有高达 ~106 的极大纵横比 - 长于厚。在之前的研究中,该小组发现准一维 TaSe 3原子线束可以支持高电流密度。


“这些材料的剥离没有标准配方。我做了很多反复试验,同时检查了解理能和其他重要参数以高产地剥离它们。我知道关键是获得具有高纵横比的束尽我所能,因为 EM 波与更长更细的股线更好地结合在一起。这需要在每个去角质步骤后进行光学显微镜和扫描电子显微镜表征,”第一作者 Barani 说。


研究人员用一束剥落的 TaSe 3填充由特殊聚合物制成的基质,以产生一层薄薄的黑色薄膜。合成的复合薄膜在保持电绝缘的同时,在阻挡电磁波方面表现出卓越的性能。具有低填料填充量的聚合物复合材料特别有效。


“复合材料的电磁屏蔽效果与填料的纵横比相关。纵横比越高,提供显着电磁屏蔽所需的填料浓度越低,”卡加说。“这是有益的,因为通过降低填料含量,人们可以利用聚合物的固有特性,例如重量轻和柔韧性。在这方面,我可以说这类材料一旦被正确剥离,控制厚度和长度。”


“最后,我把它们弄对了,制备了一种复合材料并测量了 EMI 特性。结果令人惊讶:没有导电性,但微米厚膜的 EMI 屏蔽率超过 99.99%,”Barani 补充道。


准一维范德华金属填料可以廉价且大量生产。Balandin 说,对作为单个导体的准一维范德华材料的原子束以及与此类材料的复合材料的研究才刚刚开始。


“我相信我们很快就会看到准一维范德华材料取得很大进展,就像准二维材料一样


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