Gần đây, Sun Rong và các nhà nghiên cứu khác từ Viện Công nghệ Tiên tiến Thâm Quyến, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã đề xuất một chiến lược xử lý nhiệt đơn giản một bước để chế tạo vật liệu xốp melamine cacbon hóa phủ bạc/oxit graphene khử (CMF/rGO/Ag) trọng lượng nhẹ. Vật liệu xốp melamine cacbon hóa tổng hợp này có đặc tính cơ học tuyệt vời và hiệu quả chắn nhiễu điện từ (EMI SE) xuất sắc.
Sự phát triển của truyền thông 5G và điện thoại thông minh đã làm trầm trọng thêm vấn đề nhiễu điện từ.
Sự nhiễu điện từ nghiêm trọng có thể gây mất dữ liệu, hỏng hệ thống và thậm chí gây nguy hiểm cho sức khỏe con người.
Việc phát triển các vật liệu che chắn nhiễu điện từ hiệu suất cao với mật độ cực thấp và tính linh hoạt cơ học tốt là một cách hiệu quả để ngăn chặn ô nhiễm sóng điện từ hoặc bức xạ có hại.
Đối với vật liệu kim loại truyền thống, cải thiện độ dẫn điện luôn là chiến lược chính để đạt được vật liệu che chắn hiệu suất cao.
Ngoài ra, các vật liệu nano mới như graphene, ống nano carbon và MXene cũng được báo cáo là có hiệu suất che chắn EMI cao.
Do quy trình sản xuất vật liệu nano có tính linh hoạt cao, các vật liệu này được chế biến thành dạng bọt hoặc màng để che chắn EMI. So với dạng bọt của vật liệu nano, màng dày đặc thể hiện độ dẫn điện cao hơn.
Độ dẫn điện cao có thể trực tiếp tạo ra EMI SE cao bằng cách phản xạ mạnh sóng điện từ tới.
Ví dụ, hệ số phản xạ sóng điện từ của kim loại có độ dẫn điện cao thường vượt quá 90%, điều này có nghĩa là 90% sóng điện từ tới sẽ bị phản xạ vào không gian tự do.
Sóng điện từ phản xạ cũng có thể gây ra ô nhiễm bức xạ điện từ thứ cấp nghiêm trọng. Vẫn còn là một thách thức để có được vật liệu che chắn EMI hiệu suất cao với hệ số phản xạ sóng điện từ thấp.
Vật liệu chắn dạng bọt được cấu thành từ cấu trúc xốp. Do trọng lượng nhẹ, khả năng nén cơ học tốt và hiệu suất chắn EMI có thể điều chỉnh, vật liệu này có tiềm năng lớn trong việc thay thế vật liệu chắn kim loại cứng truyền thống.
Đặc biệt, cấu trúc xốp cho phép vật liệu chắn dạng bọt có thể phản xạ nhiều lần rõ ràng đối với sóng điện từ tới, do đó bọt có thể hấp thụ và làm suy yếu sóng điện từ. Có báo cáo cho rằng cấu trúc xốp sẽ tăng cường khả năng hấp thụ sóng điện từ của MXene.
So với vật liệu rắn, cấu trúc xốp có khả năng khớp trở kháng sóng điện từ tốt hơn và có thể khiến sóng điện từ tới đi vào cấu trúc bên trong của bọt chắn. Do đó, vật liệu chắn EMI có hệ số phản xạ thấp và hệ số hấp thụ cao phải có khả năng khớp trở kháng tốt (phản xạ thấp) và phản xạ nhiều lần cao. Ví dụ, các cấu trúc nhiều lớp, cấu trúc nhiều lớp và cấu trúc đẳng hướng đã được chế tạo, với hệ số hấp thụ và SE EMI cao. Nhìn chung, các cấu trúc phức tạp và nhiều thành phần thường liên quan đến quá trình xử lý nhiều bước và tính linh hoạt cơ học kém.
Bọt polyimide mạ bạc được chế tạo bằng phương pháp phun vật lý, và mật độ của nó là 23kg/m3. Bọt melamine mạ bạc được chế tạo bằng phương pháp lắng đọng hóa học. Bọt melamine mạ bạc được chế tạo có EMI SE cao là 90 dB và hàm lượng bạc là 63.5 wt%. Ngoài ra, một phương pháp mạ không điện phân che chắn nhiễu điện từ bằng sợi nano polymethacrylimide phủ đồng/niken và hạt nano polymer phủ nano vàng cũng được đề xuất.
Tuy nhiên, do sự không phù hợp giao diện vốn có giữa kim loại cứng và khung linh hoạt, vật liệu che chắn bọt kim loại được chế tạo bằng phương pháp mạ điện, mạ không điện và phun vật lý có tính chất cơ học kém. Việc tăng cường kết nối giữa các hạt kim loại và bộ khung bọt linh hoạt và hiện thực hóa vật liệu che chắn bọt kim loại có tính chất cơ học tuyệt vời vẫn còn nhiều thách thức.
Trong nghiên cứu này, tác giả đề xuất một chiến lược xử lý nhiệt một bước đơn giản để chế tạo vật liệu bọt composite phủ melamin cacbon hóa oxit graphene khử/bạc nhẹ (CMF/rGO/Ag), có đặc tính cơ học tuyệt vời và hiệu ứng che chắn EMI tuyệt vời (EMI SE). Do giao diện được cải thiện giữa khung composite và bạc, bọt CMF/rGO/Ag cho thấy độ ổn định cấu trúc tuyệt vời sau 1000 chu kỳ thử nghiệm nén tải-dỡ. Ngoài ra, EMI SE của bọt đạt 50.6 dB ở mật độ chỉ 16 mg cm2 g-1 và hàm lượng Ag cực thấp là 0.09 vol%.
Điều thú vị là sự hợp tác của khung xốp và nhiều giao diện dẫn đến hệ số hấp thụ cao bất thường (trên 0.5) của bọt CMF/rGO/Ag. Cơ chế che chắn hệ số hấp thụ cao của bọt CMF/rGO/Ag đã được nghiên cứu sâu hơn bằng phân tích phần tử hữu hạn (FEA). Hiệu suất che chắn EMI trường gần tuyệt vời của bọt CMF/rGO/Ag cho thấy bọt CMF/rGO/Ag mật độ thấp, chắc có nhiều ưu điểm và triển vọng ứng dụng rộng rãi làm vật liệu che chắn EMI cho bao bì điện tử.