Nedávno Sun Rong a další související výzkumníci z Shenzhenského institutu pokročilých technologií Čínské akademie věd navrhli jednoduchou jednokrokovou strategii tepelného zpracování pro přípravu lehkých karbonizovaných melaminových (CMF/rGO/Ag) pěnových materiálů potažených stříbrem/redukovaným oxidem grafenu. Karbonizovaný kompozitní melaminový pěnový materiál poskytoval vynikající mechanické vlastnosti a vynikající stínící účinek proti elektromagnetickému rušení (EMI SE).
Vzestup 5G komunikace a chytrých telefonů zhoršil problém elektromagnetického rušení.
Silné elektromagnetické rušení může způsobit ztrátu dat, selhání systému a dokonce ohrozit lidské zdraví.
Vývoj vysoce výkonných materiálů pro stínění elektromagnetického rušení s ultranízkou hustotou a dobrou mechanickou flexibilitou je účinným způsobem, jak potlačit škodlivé znečištění elektromagnetickými vlnami nebo záření.
U tradičních kovových materiálů bylo zlepšení vodivosti vždy primární strategií pro dosažení vysoce výkonných stínících materiálů.
Kromě toho se uvádí, že nové nanomateriály, jako je grafen, uhlíkové nanotrubice a MXene, mají vysoký výkon stínění EMI.
Díky vysoce flexibilnímu výrobnímu procesu nanomateriálů jsou tyto materiály zpracovávány do pěnové nebo filmové formy pro stínění proti EMI. Ve srovnání s pěnovou formou nanomateriálů vykazují husté filmy vyšší vodivost.
Vysoká vodivost může přímo generovat vysoké EMI SE silným odrazem dopadajících elektromagnetických vln.
Například koeficient odrazu elektromagnetických vln vysoce vodivých kovů obvykle přesahuje 90 %, což znamená, že 90 % dopadajících elektromagnetických vln se odrazí do volného prostoru.
Odražené elektromagnetické vlny mohou také způsobit vážné znečištění sekundárním elektromagnetickým zářením. Stále je výzvou získat vysoce výkonné EMI stínící materiály s nízkým koeficientem odrazu elektromagnetických vln.
Stínící materiál pěnového typu se skládá z porézní struktury. Díky své nízké hmotnosti, dobré mechanické stlačitelnosti a nastavitelnému výkonu stínění EMI má velký potenciál nahradit tradiční pevné kovové stínící materiály.
Zejména porézní struktura umožňuje, aby stínící materiál pěnového typu měl zjevné vícenásobné odrazy na dopadajících elektromagnetických vlnách, takže pěna může absorbovat a zeslabovat elektromagnetické vlny. Bylo hlášeno, že porézní struktura zvýší absorpci elektromagnetických vln MXene.
Ve srovnání s pevnými materiály má porézní struktura lepší schopnost přizpůsobení impedance elektromagnetických vln a může způsobit, že dopadající elektromagnetické vlny vstoupí do vnitřní struktury stínící pěny. Materiály stínění EMI s nízkým koeficientem odrazu a vysokým koeficientem absorpce by proto měly mít dobré impedanční přizpůsobení (nízký odraz) a vysoký vícenásobný odraz. Například byly připraveny vrstvené struktury, vícevrstvé struktury a izotropní struktury s vysokými EMI SE a absorpčními koeficienty. Obecně řečeno, složité struktury a vícesložkové součásti často zahrnují vícestupňové zpracování a mechanická flexibilita je nízká.
Postříbřená polyimidová pěna byla připravena metodou fyzikálního nástřiku a její hustota byla 23 kg/m3. Postříbřená melaminová pěna byla připravena chemickou depozicí. Připravená postříbřená melaminová pěna má EMI high SE 90 dB a obsah stříbra 63.5 hm. Kromě toho je také navržena metoda bezproudového pokovování na bázi nanovláken proti elektromagnetickému rušení potažená mědí/niklem potažená hybridní polymethakrylimidová pěna a nanočásticemi zlata.
Avšak kvůli inherentnímu nesouladu mezi pevným kovem a pružným rámem mají kovové pěnové stínící materiály připravené galvanickým pokovováním, bezproudovým pokovováním a fyzikálním stříkáním špatné mechanické vlastnosti. Zlepšení spojení mezi kovovými částicemi a pružnou pěnovou kostrou a realizace stínících materiálů z kovové pěny s vynikajícími mechanickými vlastnostmi jsou stále plné výzev.
V této studii autor navrhl jednoduchou jednokrokovou strategii tepelného zpracování pro přípravu lehkého kompozitního pěnového materiálu potaženého karbonizovaným melaminem (CMF/rGO/Ag) potaženým oxidem stříbra/redukovaným oxidem grafenu, který má vynikající mechanické vlastnosti a vynikající účinek stínění EMI (EMI SE). Díky vylepšenému rozhraní mezi kompozitní kostrou a stříbrem vykazovala pěna CMF/rGO/Ag vynikající strukturální stabilitu po 1000 cyklech testu nakládání a vykládání. Navíc EMI SE pěny dosáhlo 50.6 dB při hustotě pouhých 16 mg cm2 g-1 a ultra nízkém obsahu Ag 0.09 obj. %.
Je zajímavé, že spolupráce porézní struktury a více rozhraní vedla k neobvykle vysokému absorpčnímu koeficientu (přes 0.5) pěny CMF/rGO/Ag. Stínící mechanismus s vysokým absorpčním koeficientem pěny CMF/rGO/Ag byl dále studován analýzou konečných prvků (FEA). Vynikající vlastnosti stínění EMI v blízkém poli pěny CMF/rGO/Ag ukazují, že silná pěna CMF/rGO/Ag s nízkou hustotou má velké výhody a široké možnosti použití jako materiály stínění EMI pro elektronické obaly.