Правила, регулирующие электромагнитную совместимость, диктуют, что новое оборудование соответствует строгим требованиям, касающимся микроволнового экранирования как компонентов, так и систем. Это стимулирует поиск новых материалов, которые будут использоваться в качестве слоев покрытия, экранов и фильтров в будущих наноэлектронных устройствах.
Экранирование электронных устройств барьером, который просто отражает входящее микроволновое излучение, только сдвигает проблему электромагнитного загрязнения в другом месте. Поэтому основное внимание в исследованиях уделяется разработке покрытий EMC, которые поглощают, а не отражают микроволны, с практическим упором на слои толщиной менее одной тысячной миллиметра.
Группа физиков под руководством Филиппа Ламбена из Университета Намюра в Бельгии обнаружила, что графеновая плоскость может обеспечить эффективный поглощающий экран от микроволн. Результаты исследования, основными участниками которого являются Константин Батраков и Полина Кужир из Белорусского государственного университета в Минске, опубликованы в журнале Nature Scientific Reports. Все восемь авторов являются частью Graphene Flagship, консорциума академических и промышленных партнеров, который фокусируется на необходимости для Европы решать большие научные и технологические проблемы посредством долгосрочных междисциплинарных исследований.Ламбин и его коллеги продемонстрировали, что проводимость нескольких слоев графена арифметически складывается, когда их разделяют тонкие полимерные прокладки.
Максимальное поглощение микроволн в диапазоне Ka связи между 26,5 и 40 ГГц достигается с помощью шести графеновых плоскостей, разделенных слоями полиметилметакрилата (ПММА), прозрачного пластика, также известного как акриловое стекло.Многослойные микроволновые барьеры, созданные исследователями из Университета Йоэнсуу в Финляндии, начинаются с первого слоя графена, нанесенного на подложку из медной фольги путем химического осаждения из паровой фазы.
Затем этот слой покрывают прокладкой из ПММА 600-800 нанометров, полученной методом центрифугирования, после чего медь протравливается хлоридом железа, а гетероструктура графен / ПММА переносится на кварцевую подложку. Процедура повторяется до тех пор, пока не будет достигнуто необходимое количество слоев графена.
Один слой графена может поглощать до 25% падающего микроволнового излучения, что очень много для материала толщиной в один атом. В многослойной схеме графен / ПММА поглощение возрастает до 50%.
Это можно понять, проанализировав передачу и отражение плоской волны на границе раздела двух диэлектрических сред, когда граница раздела содержит бесконечно тонкий проводящий слой. Таким образом, исследователи смогли оптимизировать свои структуры графен-ПММА для максимального поглощения, а результаты подтвердили строгие электромагнитные испытания.Кроме того, отмечает Ламбин, необходимо учитывать границу раздела между экранирующим материалом и воздухом …
«Мы обнаружили, что статическая проводимость графена близка к величине, которая связывает магнитное и электрическое поля в любом электромагнитном излучении, распространяющемся в воздухе. Благодаря этому счастливому совпадению графен является идеальным материалом для поглощения радиоволн, тем самым защищая чувствительные электронные устройства. устройств ".Идея использования мультислоев графен / диэлектрик для поглощения электромагнитных волн не нова.
Например, несколько лет назад было опубликовано теоретическое предложение для сверхширокополосного поглощающего многослойного излучения, работающего в терагерцовом диапазоне, намного превышающем обсуждаемый здесь диапазон связи Ka.Многослойный терагерцовый экран был бы сложным делом с его графеновыми плоскостями, структурированными в микронном масштабе, чтобы генерировать поверхностные плазмонные резонансы — колебания в электронах, которые распространяются вдоль границ раздела между различными слоями материала. Микроволновый барьер, разработанный командой Graphene Flagship, относительно прост по сравнению с ним, имея преимущества с точки зрения изготовления и масштабируемости.В реальных приложениях многослойный графен / ПММА требует защиты от внешних химических и механических агентов.
Поэтому кварцевый субстрат должен быть обращен наружу и сочетаться с более мягким материалом. Выбор и толщина используемого материала верхнего слоя являются дополнительными параметрами, которые будут влиять на поглощение микроволн.Масштабируемость процесса значительно возрастет, если стопки из нескольких слоев графена будут нанесены за один этап вместо того, чтобы наращивать монослои графена с помощью их челноков из ПММА.
Кроме того, любой процесс, который увеличивает проводимость графена, уменьшит количество атомных плоскостей, необходимых для максимального уровня поглощения микроволн.