Nedavno su Sun Rong i drugi srodni istraživači s Instituta za naprednu tehnologiju u Shenzhenu Kineske akademije znanosti predložili jednostavnu strategiju toplinske obrade u jednom koraku za pripremu laganih karboniziranih melaminskih (CMF/rGO/Ag) pjenastih materijala obloženih srebrom/reduciranim grafen oksidom. Karbonski kompozitni melaminski pjenasti materijal pružio je izvrsna mehanička svojstva i izvrstan učinak zaštite od elektromagnetskih smetnji (EMI SE).
Porast 5G komunikacija i pametnih telefona pogoršao je problem elektromagnetskih smetnji.
Ozbiljne elektromagnetske smetnje mogu uzrokovati gubitak podataka, kvar sustava, pa čak i ugroziti ljudsko zdravlje.
Razvoj visokoučinkovitih materijala za zaštitu od elektromagnetskih smetnji s ultra-niskom gustoćom i dobrom mehaničkom fleksibilnošću učinkovit je način za suzbijanje štetnog onečišćenja ili zračenja elektromagnetskim valovima.
Za tradicionalne metalne materijale, poboljšanje vodljivosti uvijek je bila primarna strategija za postizanje visokoučinkovitih zaštitnih materijala.
Osim toga, novi nanomaterijali kao što su grafen, ugljikove nanocijevi i MXene također su prijavljeni da imaju visoku EMI zaštitu.
Zbog vrlo fleksibilnog procesa proizvodnje nanomaterijala, ti se materijali prerađuju u oblik pjene ili filma za EMI zaštitu. U usporedbi s pjenastim oblikom nanomaterijala, gusti filmovi pokazuju veću vodljivost.
Visoka vodljivost može izravno generirati visoki EMI SE snažnom refleksijom upadnih elektromagnetskih valova.
Na primjer, koeficijent refleksije elektromagnetskih valova visokovodljivih metala obično prelazi 90%, što znači da će se 90% upadnih elektromagnetskih valova reflektirati u slobodni prostor.
Reflektirani elektromagnetski valovi također mogu uzrokovati ozbiljno sekundarno onečišćenje elektromagnetskim zračenjem. Još uvijek je izazov dobiti materijale za EMI zaštitu visokih performansi s niskim koeficijentom refleksije elektromagnetskih valova.
Pjenasti zaštitni materijal sastoji se od porozne strukture. Zbog male težine, dobre mehaničke kompresivnosti i podesive EMI zaštite, ima veliki potencijal u zamjeni tradicionalnih krutih metalnih zaštitnih materijala.
Konkretno, porozna struktura omogućuje pjenastom zaštitnom materijalu da ima očite višestruke refleksije na upadne elektromagnetske valove, tako da pjena može apsorbirati i prigušiti elektromagnetske valove. Zabilježeno je da će porozna struktura poboljšati apsorpciju elektromagnetskih valova pomoću MXene.
U usporedbi s čvrstim materijalima, porozna struktura ima bolju sposobnost usklađivanja impedancije elektromagnetskih valova i može učiniti da upadni elektromagnetski valovi uđu u unutarnju strukturu zaštitne pjene. Stoga EMI zaštitni materijali s niskim koeficijentom refleksije i visokim koeficijentom apsorpcije trebaju imati dobro podudaranje impedancije (niska refleksija) i visoku višestruku refleksiju. Na primjer, pripremljene su slojevite strukture, višeslojne strukture i izotropne strukture, s visokim EMI SE i koeficijentima apsorpcije. Općenito govoreći, složene strukture i višekomponentne strukture često uključuju obradu u više koraka, a mehanička fleksibilnost je slaba.
Posrebrena poliimidna pjena pripremljena je metodom fizičkog prskanja, a gustoća joj je bila 23 kg/m3. Posrebrena melaminska pjena pripremljena je kemijskim taloženjem. Pripremljena posrebrena melaminska pjena ima EMI visoki SE od 90 dB i sadržaj srebra od 63.5 tež.%. Dodatno, predložena je i metoda bezelektričkog oplata od hibridne polimetakrilimidne pjene obložene bakrom/niklom i nanočesticama zlata na bazi nanovlakana od elektromagnetskih smetnji.
Međutim, zbog inherentne neusklađenosti sučelja između krutog metala i fleksibilnog okvira, materijali za zaštitu od metalne pjene pripremljeni galvaniziranjem, neelektričkim nanošenjem i fizičkim prskanjem imaju loša mehanička svojstva. Poboljšanje veze između metalnih čestica i fleksibilnog pjenastog kostura i realizacija materijala za zaštitu od metalne pjene s izvrsnim mehaničkim svojstvima još uvijek su puni izazova.
U ovoj studiji, autor je predložio jednostavnu strategiju toplinske obrade u jednom koraku za pripremu laganog kompozitnog materijala od karboniziranog melamina (CMF/rGO/Ag) obloženog srebrom/reduciranim grafen oksidom, koji ima izvrsna mehanička svojstva i izvrstan učinak EMI zaštite (EMI SE). Zbog poboljšanog sučelja između kompozitnog okvira i srebra, CMF/rGO/Ag pjena pokazala je izvrsnu strukturnu stabilnost nakon 1000 ciklusa ispitivanja kompresije opterećenjem-rasterećenjem. Osim toga, EMI SE pjene dosegao je 50.6 dB pri gustoći od samo 16 mg cm2 g-1 i ultraniskom sadržaju Ag od 0.09 vol%.
Zanimljivo, suradnja poroznog okvira i višestrukih sučelja rezultirala je neobično visokim koeficijentom apsorpcije (preko 0.5) CMF/rGO/Ag pjene. Mehanizam zaštite CMF/rGO/Ag pjene s visokim koeficijentom apsorpcije dodatno je proučavan analizom konačnih elemenata (FEA). Izvrsna izvedba CMF/rGO/Ag pjene u blizini polja EMI zaštite pokazuje da jaka CMF/rGO/Ag pjena male gustoće ima velike prednosti i široke mogućnosti primjene kao EMI zaštitni materijali za elektroničko pakiranje.