Yakın zamanda, Çin Bilimler Akademisi Shenzhen İleri Teknoloji Enstitüsü'nden Sun Rong ve diğer ilgili araştırmacılar, hafif gümüş/indirgenmiş grafen oksit kaplı karbonize melamin (CMF/rGO/Ag) köpük malzemeleri hazırlamak için basit, tek adımlı bir ısıl işlem stratejisi önerdiler. Karbonize kompozit melamin köpük malzeme, mükemmel mekanik özellikler ve mükemmel elektromanyetik girişim (EMI) koruma etkisi (EMI SE) sağladı.
5G iletişiminin ve akıllı telefonların yaygınlaşması elektromanyetik parazit sorununu daha da kötüleştirdi.
Şiddetli elektromanyetik girişimler veri kaybına, sistem arızalarına ve hatta insan sağlığını tehlikeye atabilir.
Ultra düşük yoğunluklu ve iyi mekanik esnekliğe sahip yüksek performanslı elektromanyetik girişim kalkanlama malzemelerinin geliştirilmesi, zararlı elektromanyetik dalga kirliliğini veya radyasyonu bastırmanın etkili bir yoludur.
Geleneksel metal malzemeler için iletkenliği iyileştirmek her zaman yüksek performanslı kalkanlama malzemeleri elde etmenin birincil stratejisi olmuştur.
Ayrıca, grafen, karbon nanotüpler ve MXene gibi yeni nanomalzemelerin de yüksek EMI kalkanlama performansına sahip olduğu bildirilmiştir.
Nanomalzemelerin oldukça esnek üretim süreci nedeniyle, bu malzemeler EMI koruması için köpük veya film formunda işlenir. Nanomalzemelerin köpüklü formuyla karşılaştırıldığında, yoğun filmler daha yüksek iletkenlik gösterir.
Yüksek iletkenlik, gelen elektromanyetik dalgaları güçlü bir şekilde yansıtarak doğrudan yüksek EMI SE üretebilir.
Örneğin, yüksek iletkenliğe sahip metallerin elektromanyetik dalga yansıma katsayısı genellikle %90'ın üzerindedir, bu da gelen elektromanyetik dalgaların %90'ının serbest uzaya yansıyacağı anlamına gelir.
Yansıyan elektromanyetik dalgalar ayrıca ciddi ikincil elektromanyetik radyasyon kirliliğine de neden olabilir. Düşük elektromanyetik dalga yansıma katsayısına sahip yüksek performanslı EMI kalkanlama malzemeleri elde etmek hala bir zorluktur.
Köpük tipi kalkanlama malzemesi gözenekli bir yapıdan oluşur. Hafifliği, iyi mekanik sıkıştırılabilirliği ve ayarlanabilir EMI kalkanlama performansı nedeniyle geleneksel sert metal kalkanlama malzemelerinin yerini almada büyük bir potansiyele sahiptir.
Özellikle gözenekli yapı, köpük tipi kalkanlama malzemesinin olay elektromanyetik dalgalar üzerinde belirgin çoklu yansımalara sahip olmasını sağlar, böylece köpük elektromanyetik dalgaları emebilir ve zayıflatabilir. Gözenekli yapının MXene tarafından elektromanyetik dalgaların emilimini artıracağı bildirilmiştir.
Katı malzemelerle karşılaştırıldığında, gözenekli yapı daha iyi elektromanyetik dalga empedans uyum yeteneğine sahiptir ve olay elektromanyetik dalgaların kalkan köpüğünün iç yapısına girmesini sağlayabilir. Bu nedenle, düşük yansıma katsayısına ve yüksek emilim katsayısına sahip EMI kalkanlama malzemeleri iyi empedans uyumuna (düşük yansıma) ve yüksek çoklu yansımaya sahip olmalıdır. Örneğin, yüksek EMI SE ve emilim katsayılarına sahip katmanlı yapılar, çok katmanlı yapılar ve izotropik yapılar hazırlanmıştır. Genel olarak konuşursak, karmaşık yapılar ve çok bileşenli yapılar genellikle çok adımlı işlemeyi içerir ve mekanik esneklik zayıftır.
Gümüş kaplamalı poliimid köpük fiziksel püskürtme yöntemi ile hazırlandı ve yoğunluğu 23kg/m3 idi. Gümüş kaplamalı melamin köpük kimyasal biriktirme ile hazırlandı. Hazırlanan gümüş kaplamalı melamin köpük 90 dB'lik bir EMI yüksek SE'ye ve %63.5 ağırlıkta gümüş içeriğine sahiptir. Ek olarak, bakır/nikel kaplamalı polimetakrilamid hibrit köpük ve altın nanopartikül kaplamalı polimer bazlı nanofiber elektromanyetik girişim kalkanı kimyasal kaplama yöntemi de önerilmiştir.
Ancak, sert metal ile esnek çerçeve arasındaki doğal arayüz uyumsuzluğu nedeniyle, elektrokaplama, kimyasal kaplama ve fiziksel püskürtme ile hazırlanan metal köpük kalkanlama malzemeleri zayıf mekanik özelliklere sahiptir. Metal parçacıklar ile esnek köpük iskelet arasındaki bağlantıyı geliştirmek ve mükemmel mekanik özelliklere sahip metal köpük kalkanlama malzemeleri üretmek hala zorluklarla doludur.
Bu çalışmada yazar, mükemmel mekanik özelliklere ve Mükemmel EMI kalkanlama etkisine (EMI SE) sahip hafif gümüş/indirgenmiş grafen oksit kaplamalı karbonize melamin (CMF/rGO/Ag) kompozit köpük malzemesini hazırlamak için basit bir tek adımlı ısıl işlem stratejisi önermiştir. Kompozit çerçeve ile gümüş arasındaki geliştirilmiş arayüz sayesinde, CMF/rGO/Ag köpüğü 1000 yükleme-boşaltma sıkıştırma testi döngüsünden sonra mükemmel yapısal kararlılık göstermiştir. Ek olarak, köpüğün EMI SE'si yalnızca 50.6 mg cm16 g-2 yoğunlukta ve %1 hacimde ultra düşük Ag içeriğinde 0.09 dB'ye ulaşmıştır.
İlginç bir şekilde, gözenekli çerçeve ve çoklu arayüzlerin işbirliği, CMF/rGO/Ag köpüğünün alışılmadık derecede yüksek emilim katsayısına (0.5'in üzerinde) yol açtı. CMF/rGO/Ag köpüğünün yüksek emilim katsayısı kalkanlama mekanizması, sonlu elemanlar analizi (FEA) ile daha fazla incelendi. CMF/rGO/Ag köpüğünün mükemmel yakın alan EMI kalkanlama performansı, düşük yoğunluklu, güçlü CMF/rGO/Ag köpüğünün elektronik paketleme için EMI kalkanlama malzemeleri olarak büyük avantajlara ve geniş uygulama beklentilerine sahip olduğunu göstermektedir.