Nedávno Sun Rong a ďalší súvisiaci výskumníci z Inštitútu pokročilých technológií v Šen-čene Čínskej akadémie vied navrhli jednoduchú jednokrokovú stratégiu tepelného spracovania na prípravu ľahkých penových materiálov z karbonizovaného melamínu (CMF/rGO/Ag) potiahnutých striebrom/redukovaným oxidom grafénu. Tento kompozitný penový materiál z karbonizovaného melamínu poskytoval vynikajúce mechanické vlastnosti a vynikajúci tieniaci účinok proti elektromagnetickému rušeniu (EMI SE).
Vzostup 5G komunikácie a smartfónov zhoršil problém elektromagnetického rušenia.
Silné elektromagnetické rušenie môže spôsobiť stratu údajov, zlyhanie systému a dokonca ohroziť ľudské zdravie.
Vývoj vysokovýkonných materiálov na tienenie elektromagnetického rušenia s ultranízkou hustotou a dobrou mechanickou flexibilitou je účinným spôsobom potlačenia škodlivého znečistenia alebo žiarenia elektromagnetickými vlnami.
Pri tradičných kovových materiáloch bolo zlepšenie vodivosti vždy primárnou stratégiou na dosiahnutie vysokoúčinných tieniacich materiálov.
Okrem toho sa uvádza, že nové nanomateriály, ako je grafén, uhlíkové nanorúrky a MXene, majú tiež vysoký výkon tienenia EMI.
Vďaka vysoko flexibilnému výrobnému procesu nanomateriálov sa tieto materiály spracovávajú do penovej alebo filmovej formy na tienenie EMI. V porovnaní s penovou formou nanomateriálov vykazujú husté filmy vyššiu vodivosť.
Vysoká vodivosť môže priamo generovať vysokú EMI SE silným odrazom dopadajúcich elektromagnetických vĺn.
Napríklad koeficient odrazu elektromagnetických vĺn vysoko vodivých kovov zvyčajne presahuje 90 %, čo znamená, že 90 % dopadajúcich elektromagnetických vĺn sa odrazí do voľného priestoru.
Odrazené elektromagnetické vlny môžu tiež spôsobiť vážne sekundárne elektromagnetické žiarenie. Získanie vysokoúčinných tieniacich materiálov EMI s nízkym koeficientom odrazu elektromagnetických vĺn je stále výzvou.
Penový tieniaci materiál má pórovitú štruktúru. Vďaka svojej nízkej hmotnosti, dobrej mechanickej stlačiteľnosti a nastaviteľnému tieneniu EMI má veľký potenciál nahradiť tradičné pevné kovové tieniace materiály.
Najmä pórovitá štruktúra umožňuje tieniacemu materiálu penového typu zjavné viacnásobné odrazy dopadajúcich elektromagnetických vĺn, takže pena môže absorbovať a tlmiť elektromagnetické vlny. Bolo hlásené, že pórovitá štruktúra zvyšuje absorpciu elektromagnetických vĺn MXenom.
V porovnaní s pevnými materiálmi má pórovitá štruktúra lepšiu schopnosť prispôsobenia elektromagnetickej impedancie a môže spôsobiť, že dopadajúce elektromagnetické vlny preniknú do vnútornej štruktúry tieniacej peny. Preto by tienené materiály EMI s nízkym koeficientom odrazu a vysokým koeficientom absorpcie mali mať dobré prispôsobenie impedancie (nízky odraz) a vysoký viacnásobný odraz. Napríklad boli pripravené vrstvené štruktúry, viacvrstvové štruktúry a izotropné štruktúry s vysokým koeficientom EMI SE a absorpcie. Vo všeobecnosti zložité a viackomponentné štruktúry často zahŕňajú viacstupňové spracovanie a mechanická flexibilita je nízka.
Postriebrená polyimidová pena bola pripravená metódou fyzikálneho striekania a jej hustota bola 23 kg/m3. Postriebrená melamínová pena bola pripravená chemickým nanášaním. Pripravená postriebrená melamínová pena má vysokú elektromagnetickú interferenciu SE 90 dB a obsah striebra 63.5 % hmotn. Okrem toho je navrhnutá aj metóda bezprúdového tienenia elektromagnetického rušenia pomocou polymetakrylimidovej hybridnej peny s medeným/niklovým povlakom a nanočasticami zlata s povlakom z polymérnych nanofibier.
Avšak kvôli inherentnému nesúladu rozhrania medzi tuhým kovom a flexibilným rámom majú tienené materiály z kovovej peny pripravené galvanickým pokovovaním, bezprúdovým pokovovaním a fyzikálnym striekaním zlé mechanické vlastnosti. Zlepšenie spojenia medzi kovovými časticami a flexibilnou penovou kostrou a dosiahnutie tieniacich materiálov z kovovej peny s vynikajúcimi mechanickými vlastnosťami je stále plné výziev.
V tejto štúdii autor navrhol jednoduchú jednokrokovú stratégiu tepelného spracovania na prípravu ľahkého kompozitného penového materiálu z karbonizovaného melamínu (CMF/rGO/Ag) potiahnutého striebrom/redukovaným oxidom grafénu, ktorý má vynikajúce mechanické vlastnosti a vynikajúci tieniaci účinok EMI (EMI SE). Vďaka vylepšenému rozhraniu medzi kompozitnou štruktúrou a striebrom vykazovala pena CMF/rGO/Ag vynikajúcu štrukturálnu stabilitu po 1000 cykloch kompresných testov so zaťažením a odľahčením. Okrem toho EMI SE peny dosiahla 50.6 dB pri hustote iba 16 mg cm2 g-1 a ultranízkom obsahu Ag 0.09 obj.%.
Je zaujímavé, že spolupráca pórovitého skeletu a viacerých rozhraní viedla k nezvyčajne vysokému absorpčnému koeficientu (viac ako 0.5) peny CMF/rGO/Ag. Mechanizmus tienenia peny CMF/rGO/Ag s vysokým absorpčným koeficientom bol ďalej študovaný metódou konečných prvkov (FEA). Vynikajúci výkon peny CMF/rGO/Ag v oblasti tienenia elektromagnetického rušenia v blízkom poli ukazuje, že pevná pena CMF/rGO/Ag s nízkou hustotou má veľké výhody a široké možnosti použitia ako tieniace materiály proti elektromagnetickému rušeniu pre elektronické obaly.