לאחרונה, סאן רונג וחוקרים נוספים ממכון שנזן לטכנולוגיה מתקדמת באקדמיה הסינית למדעים הציעו אסטרטגיית טיפול בחום פשוטה בשלב אחד להכנת חומרי קצף מלמין מפוחם קלים בציפוי כסף/תחמוצת גרפן מופחתת (CMF/rGO/Ag). חומר הקצף המפוחם-מרוכב סיפק תכונות מכניות מצוינות ואפקט מגן EMI מעולה (EMI SE).
עלייתן של תקשורת 5G וטלפונים חכמים החריפה את בעיית ההפרעות האלקטרומגנטיות.
הפרעות אלקטרומגנטיות חמורות עלולות לגרום לאובדן נתונים, לכשל מערכת ואף לסכן את בריאות האדם.
פיתוח חומרי מיגון מפני הפרעות אלקטרומגנטיות בעלי ביצועים גבוהים, צפיפות נמוכה במיוחד וגמישות מכנית טובה, הוא דרך יעילה לדכא זיהום או קרינה מזיקים מגלים אלקטרומגנטיים.
עבור חומרי מתכת מסורתיים, שיפור המוליכות תמיד היה האסטרטגיה העיקרית להשגת חומרי מיגון בעלי ביצועים גבוהים.
בנוסף, דווח כי ננו-חומרים חדשים כגון גרפן, ננו-צינוריות פחמן ו-MXene הם בעלי ביצועי מיגון EMI גבוהים.
בשל תהליך הייצור הגמיש ביותר של ננו-חומרים, חומרים אלה מעובדים לצורת קצף או סרט למיגון EMI. בהשוואה לצורה המוקצפת של ננו-חומרים, סרטים צפופים מפגינים מוליכות גבוהה יותר.
מוליכות גבוהה יכולה לייצר ישירות EMI SE גבוה על ידי החזרה חזקה של גלים אלקטרומגנטיים פוגעים.
לדוגמה, מקדם ההחזרה של גלים אלקטרומגנטיים של מתכות מוליכות מאוד בדרך כלל עולה על 90%, מה שאומר ש-90% מהגלים האלקטרומגנטיים הפוגעים יוחזרו לחלל הפנוי.
גלים אלקטרומגנטיים המוחזרים עלולים גם לגרום לזיהום חמור מקרינה אלקטרומגנטית משנית. עדיין מהווה אתגר להשיג חומרי מיגון EMI בעלי ביצועים גבוהים עם מקדם החזרת גלים אלקטרומגנטיים נמוך.
חומר המיגון מסוג קצף מורכב ממבנה נקבובי. בשל משקלו הקל, דחיסותו המכנית הטובה וביצועי המיגון המתכווננים מפני EMI, יש לו פוטנציאל גדול להחליף חומרי מיגון מתכתיים קשיחים מסורתיים.
בפרט, המבנה הנקבובי מאפשר לחומר המגן מסוג קצף להיות בעל השתקפויות מרובות ברורות על גלים אלקטרומגנטיים פוגעים, כך שהקצף יכול לספוג ולהחליש גלים אלקטרומגנטיים. דווח כי המבנה הנקבובי ישפר את ספיגת הגלים האלקטרומגנטיים על ידי MXene.
בהשוואה לחומרים מוצקים, למבנה הנקבובי יש יכולת התאמת עכבה טובה יותר של גלים אלקטרומגנטיים, והוא יכול לגרום לגלים אלקטרומגנטיים פוגעים להיכנס למבנה הפנימי של קצף המיגון. לכן, חומרי מיגון EMI בעלי מקדם החזרה נמוך ומקדם ספיגה גבוה צריכים להיות בעלי התאמת עכבה טובה (החזרה נמוכה) והחזרה מרובה גבוהה. לדוגמה, הוכנו מבנים שכבתיים, מבנים רב-שכבתיים ומבנים איזוטרופיים, עם מקדמי ספיגה ו-SE של EMI גבוהים. באופן כללי, מבנים מורכבים ורכיבים מרובי רכיבים כרוכים לעתים קרובות בעיבוד רב-שלבי, והגמישות המכנית ירודה.
קצף הפוליאימיד המצופה כסף הוכן בשיטת ריסוס פיזיקלי, וצפיפותו הייתה 23 ק"ג/מ"ק. קצף המלמין המצופה כסף הוכן בשיטת שיקוע כימי. לקצף המלמין המצופה הכסף שהוכן יש EMI SE גבוה של 3 dB ותכולת כסף של 90% משקלי. בנוסף, מוצעת גם שיטת ציפוי אלקטרומגנטית המבוססת על קצף פולימתאקרילמיד היברידי מצופה נחושת/ניקל וננו-סיבים מבוססי פולימר מצופים חלקיקי זהב.
עם זאת, עקב חוסר התאמה מובנית בממשקים בין המתכת הנוקשה למסגרת הגמישה, לחומרי מיגון קצף מתכת המוכנים על ידי ציפוי אלקטרולסיבי, ציפוי אלקטרולס וריסוס פיזי יש תכונות מכניות ירודות. שיפור החיבור בין חלקיקי המתכת לשלד הקצף הגמיש ומימוש חומרי מיגון קצף מתכת בעלי תכונות מכניות מצוינות עדיין מלאים אתגרים.
במחקר זה, המחבר הציע אסטרטגיית טיפול בחום פשוטה בשלב אחד להכנת חומר קצף מרוכב קל משקל מצופה כסף/מלמין מפוחם מצופה תחמוצת גרפן מופחתת (CMF/rGO/Ag), בעל תכונות מכניות מצוינות ואפקט מגן EMI מעולה (EMI SE). בשל הממשק המשופר בין המסגרת המרוכבת לכסף, קצף ה-CMF/rGO/Ag הראה יציבות מבנית מצוינת לאחר 1000 מחזורי בדיקת דחיסה של טעינה-פריקה. בנוסף, ה-EMI SE של הקצף הגיע ל-50.6 dB בצפיפות של 16 מ"ג סמ"ר גרם-2 בלבד ותכולת Ag נמוכה במיוחד של 1 vol%.
מעניין לציין, ששיתוף הפעולה של המסגרת הנקבובית והממשקים המרובים הביא למקדם ספיגה גבוה במיוחד (מעל 0.5) של קצף CMF/rGO/Ag. מנגנון המיגון בעל מקדם הספיגה הגבוה של קצף CMF/rGO/Ag נחקר עוד יותר באמצעות ניתוח אלמנטים סופיים (FEA). ביצועי המיגון המצוינים מפני EMI בשדה הקרוב של קצף CMF/rGO/Ag מראים כי לקצף CMF/rGO/Ag חזק ובצפיפות נמוכה יש יתרונות גדולים וסיכויי יישום רחבים כחומרי מיגון EMI עבור זיווד אלקטרוני.