石墨烯由于其特殊的力學(xué)、電學(xué)和熱學(xué)性能，引起了極大的關(guān)注，其成為了一種有前途的多功能電子材料。在這項研究中，我們研究了合成溫度對石墨烯晶體質(zhì)量和電磁干擾屏蔽性能的影響。我們在不同溫度下(從900℃到1050℃)在銅箔上合成石墨烯，隨后使用拉曼光譜分析樣品。結(jié)果表明，石墨烯的結(jié)晶質(zhì)量隨著合成溫度的升高而提高。然后，我們制作了100層石墨烯/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)復(fù)合材料(GPC)，并評估了其電學(xué)、機械性能和電磁干擾屏蔽效果(SE)。我們的研究結(jié)果表明，與含有缺陷的石墨烯復(fù)合材料相比，含有高結(jié)晶石墨烯復(fù)合材料具有更高的導(dǎo)電性和拉伸強度。此外，具有高結(jié)晶石墨烯復(fù)合材料具有更高的EMI SE，總SE為14.16 dB，比具有缺陷石墨烯結(jié)構(gòu)高140%。
圖1. 石墨烯生長溫度與結(jié)晶質(zhì)量關(guān)系的表征。(a)在銅箔上生長石墨烯的CVD系統(tǒng)示意圖。(b)取決于石墨烯生長溫度的合成模式圖，石墨烯生長溫度控制在900℃至1050℃的25℃區(qū)間內(nèi)。(c)在900℃至1050℃溫度范圍內(nèi)生長的石墨烯的拉曼光譜。(d)在不同生長溫度(900℃、950℃、1000℃、1050℃)下合成的300 nm SiO
2/Si上轉(zhuǎn)移單層石墨烯的D與G波段(I
D/I
G)和2D與G波段(I
2D / I
G)的拉曼光譜。比例尺:10微米。
圖2. GPC的制造。(a) GPC的制造工藝示意圖:(i)在銅箔上合成石墨烯，(ii) PMMA自旋涂層，(iii) Cu蝕刻，(iv)石墨烯/PMMA堆疊工藝。(b) GPCs的照片和(c-e) SEM的截面圖。
圖3. GPC-1050, GPC-950和GPC-900的力學(xué)特性。
圖4. 測量電磁波的反射、吸收和屏蔽效果。(a)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的照片。(b)電磁干擾屏蔽測量原理圖。(c) GPC電磁干擾屏蔽機制示意圖;入射電磁波從復(fù)合材料表面反射，并被復(fù)合材料內(nèi)部的吸收和多次反射所屏蔽。
圖5. 不同石墨烯結(jié)晶度GPCs在X-波段電磁干擾屏蔽的效果。GPC-1050(紅色)、GPC-950(藍色)和GPC-900(黑色)的(a) SE
R (b) SE
A和(c) SE
T。
圖6. GPC的電學(xué)性能。石墨烯生長溫度對GPC電導(dǎo)率的影響。
圖7. GPC的絕對屏蔽效率。(a) GPC-1050、GPC-950和GPC-900的SE/ thickness (SE
t)和specific SE/thickness (SSE
t)分別為5.7 × 10
3 dB cm
-1和4.8 × 10
3 dB cm
2 g
-1, 5.0 × 10
3 dB cm
-1和4.2 × 10
3 dB cm
2 g
-1，以及4.1 × 10
3 dB cm
-1和3.4 × 10
3 dB cm
2 g
-1。
相關(guān)研究成果由韓國亞洲大學(xué)能源系統(tǒng)研究系、材料科學(xué)與工程系Seung-Il Kim等人于2023年發(fā)表在Synthetic Metals (https://doi.org/10.1016/j.synthmet.2023.117464)上。原文：Electromagnetic interference shielding of graphene/PMMA composites depending on growth temperature of CVD-graphene
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
