Nesen Sun Rong un citi saistīti pētnieki no Ķīnas Zinātņu akadēmijas Šeņdžeņas Progresīvo tehnoloģiju institūta ierosināja vienkāršu vienas pakāpes termiskās apstrādes stratēģiju, lai sagatavotu vieglus, ar sudraba/reducēta grafēna oksīda pārklājumus karbonizētus melamīna (CMF/rGO/Ag) putu materiālus. Karbonizētajam kompozītmateriālam melamīna putām bija lieliskas mehāniskās īpašības un lielisks EMI ekranēšanas efekts (EMI SE).
5G sakaru un viedtālruņu attīstība ir saasinājusi elektromagnētisko traucējumu problēmu.
Spēcīgi elektromagnētiskie traucējumi var izraisīt datu zudumu, sistēmas kļūmes un pat apdraudēt cilvēku veselību.
Augstas veiktspējas elektromagnētisko traucējumu ekranēšanas materiālu ar īpaši zemu blīvumu un labu mehānisko elastību izstrāde ir efektīvs veids, kā nomākt kaitīgo elektromagnētisko viļņu piesārņojumu vai starojumu.
Tradicionālajiem metāla materiāliem vadītspējas uzlabošana vienmēr ir bijusi galvenā stratēģija augstas veiktspējas ekranēšanas materiālu iegūšanai.
Turklāt ir ziņots, ka arī jauniem nanomateriāliem, piemēram, grafēnam, oglekļa nanocaurulītēm un MXene, ir augsta EMI ekranēšanas veiktspēja.
Pateicoties nanomateriālu ļoti elastīgajam ražošanas procesam, šie materiāli tiek pārstrādāti putu vai plēves formā EMI ekranēšanai. Salīdzinot ar nanomateriālu putu formu, blīvām plēvēm ir augstāka vadītspēja.
Augsta vadītspēja var tieši radīt augstu EMI SE, spēcīgi atstarojot krītošos elektromagnētiskos viļņus.
Piemēram, ļoti vadošu metālu elektromagnētisko viļņu atstarošanas koeficients parasti pārsniedz 90%, kas nozīmē, ka 90% no krītošajiem elektromagnētiskajiem viļņiem tiks atstaroti brīvā telpā.
Atstarotie elektromagnētiskie viļņi var izraisīt arī nopietnu sekundāro elektromagnētiskā starojuma piesārņojumu. Joprojām ir izaicinājums iegūt augstas veiktspējas EMI ekranēšanas materiālus ar zemu elektromagnētisko viļņu atstarošanas koeficientu.
Putu tipa ekranēšanas materiāls sastāv no porainas struktūras. Pateicoties tā vieglajam svaram, labai mehāniskajai saspiežamībai un regulējamai EMI ekranēšanas veiktspējai, tam ir liels potenciāls aizstāt tradicionālos stingros metāla ekranēšanas materiālus.
Jo īpaši porainā struktūra ļauj putu tipa ekranējošajam materiālam radīt acīmredzamas vairākas atstarošanas no krītošajiem elektromagnētiskajiem viļņiem, lai putas varētu absorbēt un vājināt elektromagnētiskos viļņus. Ir ziņots, ka porainā struktūra uzlabos MXene elektromagnētisko viļņu absorbciju.
Salīdzinot ar cietajiem materiāliem, porainajai struktūrai ir labāka elektromagnētisko viļņu impedances saskaņošanas spēja, un tā var likt krītošajiem elektromagnētiskajiem viļņiem iekļūt ekranējošās putas iekšējā struktūrā. Tāpēc EMI ekranējošiem materiāliem ar zemu atstarošanas koeficientu un augstu absorbcijas koeficientu jābūt labai impedances saskaņošanai (zemai atstarošanai) un augstai daudzkārtējai atstarošanai. Piemēram, ir izveidotas slāņveida struktūras, daudzslāņu struktūras un izotropiskas struktūras ar augstu EMI SE un absorbcijas koeficientu. Vispārīgi runājot, sarežģītas struktūras un daudzkomponentu struktūras bieži vien ietver daudzpakāpju apstrādi, un mehāniskā elastība ir slikta.
Sudrabotās poliimīda putas tika sagatavotas ar fizikālās izsmidzināšanas metodi, un to blīvums bija 23 kg/m3. Sudrabotās melamīna putas tika sagatavotas ar ķīmiskās nogulsnēšanas metodi. Sagatavotajām sudrabotajām melamīna putām ir EMI augsts SE 90 dB un sudraba saturs 63.5 svara%. Turklāt tiek piedāvāta arī ar vara/niķeli pārklāta polimetakrilimīda hibrīdputu un ar zelta nanodaļiņām pārklātas uz polimēra bāzes veidotas nanofibras elektromagnētisko traucējumu ekranēšanas bezgalvanizācijas metode.
Tomēr, ņemot vērā stingrā metāla un elastīgā rāmja saskarnes neatbilstību, metāla putu aizsargmateriāliem, kas sagatavoti ar galvanisko pārklāšanu, bezgalvanisko pārklāšanu un fizikālo izsmidzināšanu, ir sliktas mehāniskās īpašības. Metāla daļiņu un elastīgā putu skeleta savienojuma uzlabošana un metāla putu aizsargmateriālu ar izcilām mehāniskām īpašībām iegūšana joprojām ir izaicinājumu pilna.
Šajā pētījumā autors ierosināja vienkāršu vienas pakāpes termiskās apstrādes stratēģiju, lai sagatavotu vieglu, ar sudraba/reducēta grafēna oksīda pārklājumu pārklātu karbonizētu melamīna (CMF/rGO/Ag) kompozītmateriāla putu materiālu, kam ir lieliskas mehāniskās īpašības un lielisks EMI ekranēšanas efekts (EMI SE). Pateicoties uzlabotajai saskarnei starp kompozītmateriāla karkasu un sudrabu, CMF/rGO/Ag putas uzrādīja lielisku strukturālo stabilitāti pēc 1000 slodzes-izslodzes saspiešanas testa cikliem. Turklāt putu EMI SE sasniedza 50.6 dB pie blīvuma tikai 16 mg cm2 g-1 un īpaši zema Ag satura 0.09 tilp.%.
Interesanti, ka porainā karkasa un vairāku saskarņu sadarbība izraisīja CMF/rGO/Ag putu neparasti augsto absorbcijas koeficientu (virs 0.5). CMF/rGO/Ag putu augstā absorbcijas koeficienta ekranēšanas mehānisms tika tālāk pētīts, izmantojot galīgo elementu analīzi (FEA). CMF/rGO/Ag putu lieliskā tuvā lauka EMI ekranēšanas veiktspēja liecina, ka zema blīvuma, izturīgām CMF/rGO/Ag putām ir lielas priekšrocības un plašas pielietojuma perspektīvas kā EMI ekranēšanas materiāliem elektroniskajam iepakojumam.