Недавно Сунь Жун и другие исследователи из Шэньчжэньского института передовых технологий Китайской академии наук предложили простую одноэтапную стратегию термической обработки для получения легких пеноматериалов из карбонизированного меламина, покрытого серебром и восстановленным оксидом графена (CMF/rGO/Ag). Полученный карбонизированный композитный пеноматериал из меламина продемонстрировал превосходные механические свойства и отличный эффект экранирования электромагнитных помех (EMI SE).
Развитие связи 5G и смартфонов обострило проблему электромагнитных помех.
Сильные электромагнитные помехи могут привести к потере данных, сбою системы и даже поставить под угрозу здоровье человека.
Разработка высокоэффективных материалов для защиты от электромагнитных помех, обладающих сверхнизкой плотностью и хорошей механической гибкостью, является эффективным способом подавления вредного электромагнитного загрязнения или излучения.
Для традиционных металлических материалов улучшение проводимости всегда было основной стратегией для получения высокоэффективных экранирующих материалов.
Кроме того, сообщается, что новые наноматериалы, такие как графен, углеродные нанотрубки и MXene, также обладают высокими характеристиками экранирования ЭМП.
Благодаря очень гибкому процессу производства наноматериалов, эти материалы перерабатываются в пену или пленку для экранирования ЭМИ. По сравнению с вспененной формой наноматериалов, плотные пленки демонстрируют более высокую проводимость.
Высокая проводимость может напрямую генерировать высокий уровень электромагнитных помех SE за счет сильного отражения падающих электромагнитных волн.
Например, коэффициент отражения электромагнитных волн от металлов с высокой проводимостью обычно превышает 90%, что означает, что 90% падающих электромагнитных волн будут отражаться в свободное пространство.
Отраженные электромагнитные волны также могут вызывать серьезное вторичное электромагнитное загрязнение. До сих пор остается проблемой получение высокоэффективных материалов для экранирования ЭМИ с низким коэффициентом отражения электромагнитных волн.
Защитный материал пенного типа состоит из пористой структуры. Благодаря своему малому весу, хорошей механической сжимаемости и регулируемым характеристикам экранирования ЭМИ он имеет большой потенциал для замены традиционных жестких металлических защитных материалов.
В частности, пористая структура позволяет пенному экранирующему материалу иметь очевидные множественные отражения падающих электромагнитных волн, так что пена может поглощать и ослаблять электромагнитные волны. Сообщалось, что пористая структура усилит поглощение электромагнитных волн MXene.
По сравнению с твердыми материалами пористая структура имеет лучшую способность согласования импеданса электромагнитных волн и может заставить падающие электромагнитные волны проникать во внутреннюю структуру экранирующей пены. Поэтому материалы для экранирования ЭМИ с низким коэффициентом отражения и высоким коэффициентом поглощения должны иметь хорошее согласование импеданса (низкое отражение) и высокое многократное отражение. Например, были подготовлены слоистые структуры, многослойные структуры и изотропные структуры с высокими коэффициентами ЭМИ SE и поглощения. Вообще говоря, сложные структуры и многокомпонентные структуры часто включают многоэтапную обработку, а механическая гибкость плохая.
Посеребренная полиимидная пена была получена методом физического распыления, и ее плотность составила 23 кг/м3. Посеребренная меламиновая пена была получена методом химического осаждения. Полученная посеребренная меламиновая пена имеет высокий уровень электромагнитных помех SE 90 дБ и содержание серебра 63.5 мас.%. Кроме того, также предлагается метод химического осаждения из гибридной полиметакрилимидной пены с медно-никелевым покрытием и полимерного нановолокна с покрытием из наночастиц золота, экранирующего электромагнитные помехи.
Однако из-за несоответствия интерфейса между жестким металлом и гибкой рамой, защитные материалы из металлической пены, полученные гальванопокрытием, химическим осаждением и физическим распылением, имеют плохие механические свойства. Улучшение связи между металлическими частицами и гибким каркасом пены и реализация защитных материалов из металлической пены с превосходными механическими свойствами по-прежнему полны проблем.
В этом исследовании автор предложил простую одношаговую стратегию термообработки для приготовления легкого композитного пенопласта из карбонизированного меламина с покрытием из серебра/восстановленного оксида графена (CMF/rGO/Ag), который обладает превосходными механическими свойствами и превосходным эффектом экранирования ЭМИ (EMI SE). Благодаря улучшенному интерфейсу между композитным каркасом и серебром пенопласт CMF/rGO/Ag показал превосходную структурную стабильность после 1000 циклов испытаний на сжатие с нагрузкой-разгрузкой. Кроме того, EMI SE пенопласта достигал 50.6 дБ при плотности всего 16 мг см2 г-1 и сверхнизком содержании Ag 0.09 об.%.
Интересно, что взаимодействие пористого каркаса и множественных интерфейсов привело к необычно высокому коэффициенту поглощения (более 0.5) пены CMF/rGO/Ag. Механизм экранирования пены CMF/rGO/Ag с высоким коэффициентом поглощения был дополнительно изучен с помощью конечно-элементного анализа (FEA). Превосходные характеристики экранирования ЭМИ в ближнем поле пены CMF/rGO/Ag показывают, что прочная пена CMF/rGO/Ag низкой плотности имеет большие преимущества и широкие перспективы применения в качестве материалов экранирования ЭМИ для электронной упаковки.