Нещодавно Сунь Жун та інші дослідники з Шеньчженьського інституту передових технологій Китайської академії наук запропонували просту одностадійну стратегію термічної обробки для отримання легких карбонізованих меламінових (CMF/rGO/Ag) піноматеріалів з покриттям зі срібла/відновленого оксиду графену. Карбонізований композитний меламіновий піноматеріал забезпечив чудові механічні властивості та чудовий ефект екранування від електромагнітних перешкод (EMI SE).
Розвиток комунікацій 5G і смартфонів загострив проблему електромагнітних перешкод.
Сильні електромагнітні перешкоди можуть спричинити втрату даних, збій системи та навіть загрожувати здоров’ю людини.
Розробка високоефективних матеріалів для екранування електромагнітних перешкод із наднизькою щільністю та хорошою механічною гнучкістю є ефективним способом придушення шкідливого електромагнітного забруднення або випромінювання.
Для традиційних металевих матеріалів підвищення провідності завжди було основною стратегією для досягнення високоефективних екрануючих матеріалів.
Крім того, повідомлялося, що нові наноматеріали, такі як графен, вуглецеві нанотрубки та MXene, також мають високу ефективність захисту від електромагнітних перешкод.
Завдяки дуже гнучкому процесу виробництва наноматеріалів ці матеріали переробляються у форму піни або плівки для захисту від електромагнітних перешкод. Порівняно зі спіненою формою наноматеріалів, щільні плівки демонструють вищу електропровідність.
Висока провідність може безпосередньо створювати високі EMI SE шляхом сильного відбиття падаючих електромагнітних хвиль.
Наприклад, коефіцієнт відбиття електромагнітної хвилі високопровідних металів зазвичай перевищує 90%, що означає, що 90% падаючої електромагнітної хвилі буде відображено у вільний простір.
Відбиті електромагнітні хвилі також можуть спричинити серйозне забруднення вторинним електромагнітним випромінюванням. Досі залишається проблемою отримати високоефективні матеріали для екранування електромагнітних перешкод із низьким коефіцієнтом відбиття електромагнітних хвиль.
Екрануючий матеріал спіненого типу складається з пористої структури. Завдяки легкій вазі, хорошій механічній стисливості та регульованим характеристикам захисту від електромагнітних перешкод він має великий потенціал у заміні традиційних жорстких металевих екрануючих матеріалів.
Зокрема, пориста структура дозволяє екрануючому матеріалу спіненого типу мати очевидні численні відбиття падаючих електромагнітних хвиль, так що піна може поглинати та послаблювати електромагнітні хвилі. Повідомлялося, що пориста структура посилить поглинання електромагнітних хвиль MXene.
Порівняно з твердими матеріалами, пориста структура має кращу здатність узгодження імпедансу електромагнітних хвиль і може змусити падаючі електромагнітні хвилі входити у внутрішню структуру екрануючої піни. Таким чином, матеріали для екранування електромагнітних перешкод з низьким коефіцієнтом відбиття та високим коефіцієнтом поглинання повинні мати гарне узгодження імпедансу (низьке відображення) та високе багаторазове відображення. Наприклад, були створені шаруваті структури, багатошарові структури та ізотропні структури з високими EMI SE та коефіцієнтами поглинання. Загалом складні конструкції та багатокомпонентні конструкції часто передбачають багатоетапну обробку, а механічна гнучкість є низькою.
Посріблена поліімідна піна була виготовлена методом фізичного напилення, її щільність становила 23 кг/м3. Посріблена меламінова піна була виготовлена шляхом хімічного осадження. Підготовлена посріблена піна з меламіну має високий EMI SE 90 дБ і вміст срібла 63.5 мас.%. Крім того, також запропоновано метод електромагнітного екранування електромагнітних перешкод із гібридною піною з поліметакриліміду та покриттям із наночастинок золота на основі нановолокна на основі полімеру.
Однак через властиву невідповідність межі між жорстким металом і гнучким каркасом захисні матеріали з металевої піни, виготовлені гальванічним, безгальванічним покриттям і фізичним напиленням, мають погані механічні властивості. Поліпшення зв’язку між частинками металу та гнучким пінополіуретаном і створення захисних матеріалів із пінополіуретану з чудовими механічними властивостями все ще повні проблем.
У цьому дослідженні автор запропонував просту одноетапну стратегію термічної обробки для приготування легкого композиційного піноматеріалу з карбонізованим меламіном (CMF/rGO/Ag), покритого сріблом/відновленим оксидом графену, який має відмінні механічні властивості та відмінний ефект екранування від електромагнітних перешкод (EMI SE). Завдяки покращеному сполученню між композитним каркасом і сріблом піна CMF/rGO/Ag продемонструвала чудову структурну стабільність після 1000 циклів випробувань на стиснення під навантаженням і розвантаженням. Крім того, EMI SE пінопласту досяг 50.6 дБ при щільності лише 16 мг см2 г-1 і наднизькому вмісті Ag 0.09 об.%.
Цікаво, що взаємодія пористої основи та кількох інтерфейсів призвела до надзвичайно високого коефіцієнта поглинання (більше 0.5) піни CMF/rGO/Ag. Механізм екранування з високим коефіцієнтом поглинання піни CMF/rGO/Ag був додатково вивчений методом кінцевих елементів (FEA). Чудова ефективність захисту від електромагнітних перешкод ближнього поля піни CMF/rGO/Ag показує, що міцна піна CMF/rGO/Ag низької щільності має великі переваги та широкі перспективи застосування як екрануючі матеріали для електронної упаковки.