В епоху високих частот 5G і поширення антен електромагнітне забруднення стало вироком на смерть для електронних пристроїв. Традиційні металеві екрануючі кришки важкі та займають-місце, а вуглецеві нанотрубки були висунуті на етап електромагнітного екранування. Однак інженери-дослідники завжди сумніваються: наскільки ефективним є електромагнітне екранування вуглецевих нанотрубок? Чи можуть вони замінити металеві захисні матеріали? Деякі хваляться, що тонкий шар може захистити 99,9% випромінювання, але виявили, що він навіть не може запобігти перехресним перешкодам всередині корпусу. Це аж ніяк не проста заміна матеріалу, а радше екстремальна гра поглинання та відображення між-вимірною провідною мережею та три-вимірними щільними металами в мікрохвильовому діапазоні частот. Сьогодні ми знімемо концептуальні фільтри та використаємо жорсткі дані, щоб повністю розкрити карти електромагнітного екранування ВНТ.
1. Джерело екранування: наскільки ефективним є електромагнітне екранування вуглецевих нанотрубок?
Вуглецеві нанотрубки демонструють дуже високу ефективність електромагнітного екранування в легких композитних матеріалах. Плівки або пластики певної товщини можуть досягати 40-60 дБ (екранування 99,99% електромагнітних хвиль), причому ядро лежить у синергічному механізмі відображення, поглинання та внутрішнього багаторазового відбиття.
Металеве екранування в основному залежить від відбиття поверхні від високої електропровідності. Чому електромагнітне екранування вуглецевих нанотрубок таке високе? Тому що вони не тільки відображають, а й «поглинають» хвилі. Коли електромагнітні хвилі потрапляють на переплетену три-вимірну провідну мережу ВНТ, вони спочатку стикаються з відбиттям від стінок трубки з високою провідністю. Хвилі, які проникають, зазнають незліченних «внутрішніх багаторазових відображень» у лабіринті, утвореному незліченними нанотрубками. У той же час електрони всередині вуглецевих трубок коливаються на високих частотах під дією мікрохвильового електричного поля, перетворюючи електромагнітну енергію на розсіювання тепла (втрати на поглинання). Цей подвійний механізм «відображення + поглинання» дозволяє надзвичайно тонкій мережі CNT досягти значної ефективності екранування (SE).
| Класифікація механізму екранування | Металева екрануюча кришка (наприклад, мідь/алюміній) | Композитна плівка/пластик з вуглецевих нанотрубок | Співвідношення ролі та опис функції |
|---|---|---|---|
| Втрата відбиття (R) | Надзвичайно високий (відбиття щільного поверхневого моря електронів) | Середній-високий (залежить від провідності мережі) | Механізм із-переважанням металу, -допомога CNT |
| Втрата поглинання (A) | Надзвичайно низький (ефект шкіри дуже тонкий) | Надзвичайно висока (-одновимірна мережа багаторазового розсіювання) | Домінуючий механізм CNT-, який перетворює електромагнітну енергію на тепло |
| Множинні внутрішні відбиття (M) | Майже немає (поверхня занадто гладка) | Значний (складне заломлення між стінками трубки) | Ефект внутрішнього лабіринту мережі CNT |
| Загальна ефективність екранування (товщина 0,1 мм) | 60 - 80 дБ | 40 - 60 дБ | Еталон, виміряний Advanced Materials |
2. Дебати щодо заміни: чи можуть вони повністю замінити металеві екрануючі матеріали?
Вуглецеві нанотрубки не можуть повністю замінити щільні метали в усіх сценаріях. Однак у конкретних сценаріях, таких як «легка вага, гнучка здатність до згинання та стійкість до корозії» (таких як гнучке екранування дисплея, оболонки дронів, електропровідні покриття), вони вже досягли заміни металів із зменшенням розмірності.
Чи можуть вуглецеві нанотрубки замінити металеві екрануючі матеріали? Це потрібно розглядати за сценарієм. Порівнюючи абсолютні значення екранування з мідною фольгою 0,1 мм, УНТ справді не можуть конкурувати. Однак у багатьох сучасних пристроях метали занадто важкі, занадто жорсткі та занадто схильні до окислення. Наприклад, екрануюча частина на петлі складаного телефону ламається під час згинання, тоді як плівки з CNT можуть витримувати сотні тисяч згинань без втрати ефективності екранування. Або візьміть оболонки безпілотників із вуглецевого волокна, які спочатку не є -провідними (без екранування). Додавання лише невеликої кількості ВНТ перетворює саму оболонку на екрануючий шар майже без збільшення ваги. У цих сценаріях УНТ не замінюють метали, а усувають мертві кути, де метали не можуть працювати.
| Екранування сердечника та фізичні параметри | Щільний метал (мідна фольга/алюмінієва фольга) | Композитний матеріал з вуглецевих нанотрубок | Оцінка переваг і недоліків заміни |
|---|---|---|---|
| Абсолютна ефективність екранування (30 ГГц) | >80 дБ | 40 - 60 дБ | Недолік: остаточний захист- від перешкод усе ще потребує металу |
| Поверхнева щільність (вага) | Надзвичайно важкий (8,9 г/см³) | Надзвичайно легкий (<1.5 g/cm³) | Перевага: CNT приблизно в 6 разів легші, це диво зменшення ваги |
| Гнучкість і стійкість до згинання | Надзвичайно поганий (легко твердне і ламається) | Відмінно (витримує десятки тисяч вигинів без загасання) | Перевага: Єдине рішення для дисплеїв, що носяться/складаються |
| Стійкість до корозії/окислення | Надзвичайно поганий (легко окислюється, чорніє і виходить з ладу) | Чудова (повністю-вуглецева структура, хімічно інертна) | Перевага: довготривалий-захист для морського/хімічного обладнання |
Посилання на дані: дослідницько-конструкторський центр Shandong Tanfeng New Material Application і звіти про випробування електромагнітного екранування Nature Materials на макроскопічних плівках CNT.
3. Жорстока реальність: чому ваше виміряне значення екранування завжди значно менше?
Причиною різкого зниження ефективності електромагнітного екранування вуглецевих нанотрубок у макроскопічних композитах є величезний між-контактний опір трубок і руйнування провідної мережі, спричинене жорсткою агломерацією, що заважає електронам реагувати на високо-частотні мікрохвильові електричні поля.
Окремі трубки мають неймовірну провідність, але чому захисні плівки або провідний пластик, які ви виготовляєте, досягають лише 10 дБ? Суть електромагнітного екранування полягає у взаємодії між вільними електронами в матеріалі та електромагнітними хвилями. Якщо вуглецеві нанотрубки щільно агломеровані в матриці або якщо трубки не перекриваються одна одною, електрони не можуть рухатися, і провідна мережа розривається. Коли мікрохвилі вражають, вони стикаються з купою ізоляційного пластику та зламаних вуглецевих трубок, які не можуть ні відображати, ні формувати внутрішнє поглинання вихрових струмів, що призводить до катастрофічно низької ефективності екранування.
| Стан дисперсії матеріалу | Контактний опір між -трубками | Характеристики провідної мережі | Ефективність екранування (SE). | Болючі точки виробничої лінії |
|---|---|---|---|---|
| Ідеальне однотрубне-розповсюдження | Надзвичайно низький | Безперервна тривимірна мережа "-до-лінії" | 40 - 60 дБ | Існує лише в теорії або-висококласній пасті |
| Традиційне додавання сухого порошку | Надзвичайно високий | Тверда агломерація, розривна мережа | <15 dB (almost no shielding) | Важко змішується, шорстка поверхня |
| Сильне ультразвукове розсіювання | Середній | Трубки зламані, погіршено-контакт | 20 - 30 дБ | Надзвичайно низька ефективність, неможливо масштабувати |
4. Прорив виробника: як Shandong Tanfeng забезпечує найкращий екрануючий потенціал CNTs?
Вибір виробника джерела, як-от Shandong Tanfeng, який володіє основними технологіями синтезу високої-чистоти та попередньої-дисперсії, є оптимальним рішенням для подолання розриву контактного опору між-трубками та справжньої реалізації максимальної ефективності електромагнітного екранування вуглецевих нанотрубок.
Оскільки основна причина полягає в контактному опорі та жорсткій агломерації, рішенням є «висока чистота, довгі труби, справжня дисперсія». Як професійний виробник CNT, Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. відкриває для вас канали електромагнітного екранування від синтезу до дисперсії:
Очищення над-високої чистоти запобігає витоку:Залишки металевих каталізаторів не тільки збільшують місцевий опір, але й створюють аномальне нагрівання під мікрохвилями. Shandong Tanfeng використовує спеціальні процеси очищення для міцного пресування металевих залишків нижче 20 ppm, усуваючи всі дефекти мережі, максимізуючи макроскопічну провідність і безпосередньо збільшуючи втрати на відбиття.
Над-високе співвідношення сторін зменшує стійкість до перекриття: The fewer overlap points, the better the network conductivity. Through its self-developed catalytic system, Shandong Tanfeng mass-produces high-quality CNTs with aspect ratios >1500. Довгі трубки можуть швидко утворювати провідну мережу, яка пронизує всю матрицю за надзвичайно низьких кількостей додавання, дозволяючи вільним електронам реагувати на електромагнітні поля високої-частоти без перешкод.
Індивідуальна попередньо-дисперсна паста:Націлюючись на болючу точку агломерації сухого порошку, Shandong Tanfeng пропонує пасти на основі NMP/-води/спеціальних розчинників, попередньо-дисперговані. Завдяки власному-процесу-заплутування-in-situ та-де{6}}агломерації під високим{5}}тиском пучки труб справді розділені однією-трубкою. Тонщина пасти D90 суворо контролюється в межах 5 мкм. Нижче за течією, будь то пряме покриття або змішування, ефективність екранування гнучких екрануючих плівок або провідних пластмас може стабільно перевищувати позначку 40 дБ.
Висновок
Повертаючись до основних питань: наскільки ефективним є електромагнітне екрануваннявуглецевих нанотрубок? Чи можуть вони замінити металеві захисні матеріали? Що стосується гнучкості, легкої ваги та стійкості до корозії, ВНТ завдяки своєму механізму «відображення + багаторазове поглинання» вже зафіксували громіздкі метали, ставши-необхідними для високочастотних-електронних пристроїв наступного-покоління. Однак у макроскопічних застосуваннях опір контакту між-трубками є причиною зниження продуктивності. Покладаючись на технології високої чистоти, високого співвідношення сторін і перед{7}}дисперсійних технологій такого виробника джерел, як Shandong Tanfeng, для подолання розриву провідності від мікроскопічного до макроскопічного — це єдиний спосіб для вуглецевих нанотрубок справді стати найкращою зброєю, яка руйнує еру традиційного металевого екранування.