В ерата на високите честоти на 5G и разпространението на антени, електромагнитното замърсяване се превърна в смъртна присъда за електронните устройства. Традиционните метални екраниращи капаци са тежки и-отнемащи място, а въглеродните нанотръби са изтласкани на етапа на електромагнитното екраниране. Инженерите по научноизследователска и развойна дейност обаче винаги имат съмнения: колко ефективно е електромагнитното екраниране на въглеродните нанотръби? Могат ли да заменят металните екраниращи материали? Някои се хвалят, че тънък слой може да екранира 99,9% от радиацията, само за да открият, че не може дори да предотврати кръстосани смущения вътре в шасито. Това в никакъв случай не е обикновена подмяна на материала, а по-скоро екстремна игра на поглъщане и отражение между едно-измерна проводяща мрежа и три-измерни плътни метали в микровълновата честотна лента. Днес ще премахнем концептуалните филтри и ще използваме твърди данни, за да разкрием напълно електромагнитните екраниращи карти на CNT.
1. Източникът на екраниране: Колко ефективно е електромагнитното екраниране на въглеродните нанотръби?
Въглеродните нанотръби показват много висока ефективност на електромагнитно екраниране в леки композитни материали. Филмите или пластмасите със специфична дебелина могат да постигнат 40-60 dB (екраниране на 99,99% от електромагнитните вълни), като ядрото е в синергичния механизъм на отражение, абсорбция и вътрешни многократни отражения.
Металното екраниране разчита главно на повърхностно отражение от висока електрическа проводимост. Защо електромагнитното екраниране на въглеродните нанотръби е толкова силно? Защото те не само отразяват, но и "поглъщат" вълните. Когато електромагнитните вълни ударят преплетената три-измерна проводяща мрежа от CNTs, те първо срещат отражение от стените на тръбата с висока проводимост. Вълните, които проникват, ще претърпят безброй „вътрешни множество отражения“ в лабиринта, образуван от безбройните нанотръби. В същото време електроните във въглеродните тръби осцилират на високи честоти под микровълновото електрическо поле, превръщайки електромагнитната енергия в разсейване на топлина (загуба на абсорбция). Този двоен механизъм на "отражение + поглъщане" позволява на изключително тънка CNT мрежа да постигне значителна ефективност на екраниране (SE).
| Класификация на защитния механизъм | Метален екраниращ капак (напр. мед/алуминий) | Композитен филм/пластмаса от въглеродни нанотръби | Съотношение на ролите и описание на характеристиките |
|---|---|---|---|
| Загуба на отражение (R) | Изключително високо (отражение на плътно повърхностно електронно море) | Средно-високо (зависи от проводимостта на мрежата) | Механизъм, доминиран-от метал,-подпомогнат от CNT |
| Загуба на абсорбция (A) | Изключително ниско (ефектът на кожата е много тънък) | Изключително високо (едномерно многократно разсейване-на мрежа) | CNT-доминиран механизъм, преобразуващ електромагнитната енергия в топлина |
| Множество вътрешни отражения (M) | Почти никакви (повърхността е твърде гладка) | Значително (сложно пречупване между стените на тръбата) | CNT мрежов вътрешен лабиринт ефект |
| Пълна екранираща ефективност (0,1 mm дебелина) | 60 - 80 dB | 40 - 60 dB | Измерен бенчмарк на Advanced Materials |
2. Дебатът за замяната: Могат ли те напълно да заменят металните екраниращи материали?
Въглеродните нанотръби не могат напълно да заменят плътните метали във всички сценарии. Въпреки това, в специфични сценарии като „олекотяване, гъвкава огъваемост и устойчивост на корозия“ (като гъвкаво екраниране на дисплея, черупки на дронове, проводими покрития), те вече са постигнали заместване на металите с намаляване на размерите.
Могат ли въглеродните нанотръби да заменят металните екраниращи материали? Това трябва да се разглежда по сценарий. Сравнявайки абсолютните стойности на екраниране с 0,1 mm медно фолио, CNT наистина не могат да се конкурират. В много съвременни устройства обаче металите са твърде тежки, твърде твърди и твърде склонни към окисление. Например, екраниращата част на пантата на сгъваем телефон се счупва при огъване, докато CNT филмите могат да издържат на стотици хиляди огъвания, без да губят ефективността на екранирането. Или вземете черупките на дронове от въглеродни влакна, които първоначално са не-проводими (без екраниране). Добавянето само на малко количество CNT превръща самата обвивка в защитен слой без почти никакво увеличение на теглото. В тези сценарии CNT не заместват металите, а елиминират мъртвите ъгли, където металите не могат да работят.
| Екраниране на ядрото и физически параметри | Плътен метал (медно фолио/алуминиево фолио) | Композитен материал от въглеродни нанотръби | Оценка на предимствата и недостатъците на заместването |
|---|---|---|---|
| Абсолютна екранираща ефективност (30GHz) | >80 dB | 40 - 60 dB | Недостатък: Най-добрата анти{0}}намеса все още изисква метал |
| Повърхностна плътност (тегло) | Изключително тежък (8,9 g/cm³) | Изключително лек (<1.5 g/cm³) | Предимство: CNT са около 6 пъти по-леки, чудо за намаляване на теглото |
| Гъвкавост и устойчивост на огъване | Изключително лошо (лесно се втвърдява и счупва) | Отличен (може да издържи на десетки хиляди огъвания без затихване) | Предимство: Единственото решение за носими/сгъваеми дисплеи |
| Устойчивост на корозия/окисление | Изключително лошо (лесно се окислява, почернява и се поврежда) | Отлична (изцяло-въглеродна структура, химически инертна) | Предимство: Дългосрочна-екранировка за морско/химическо оборудване |
Референтни данни: Център за научноизследователска и развойна дейност на Shandong Tanfeng New Material Application и доклади за изпитване на електромагнитно екраниране на Nature Materials върху макроскопични CNT филми.
3. Суровата реалност: Защо измерената ви екранираща стойност винаги е много по-ниска?
Причината за рязкото намаляване на ефективността на електромагнитното екраниране на въглеродните нанотръби в макроскопичните композити е огромното контактно съпротивление между -тръбите и счупването на проводящата мрежа, причинени от твърда агломерация, която пречи на електроните да реагират на високо-честотни микровълнови електрически полета.
Отделните тръби имат невероятна проводимост, но защо екраниращите филми или проводящите пластмаси, които правите, постигат само 10 dB? Същността на електромагнитното екраниране е взаимодействието между свободните електрони в материала и електромагнитните вълни. Ако въглеродните нанотръби са плътно агломерирани в матрицата или ако тръбите не са се припокрили една с друга, електроните не могат да се движат и проводящата мрежа е счупена. Когато микровълните ударят, те се сблъскват с куп изолационни пластмасови и счупени въглеродни тръби, които не могат нито да отразяват, нито да образуват вътрешна абсорбция на вихрови токове, което води до катастрофално слаба ефективност на екраниране.
| Състояние на дисперсия на материала | Между-тръбно контактно съпротивление | Характеристики на проводимата мрежа | Ефективност на екраниране (SE). | Точки на болка в производствената линия |
|---|---|---|---|---|
| Идеално разпръскване с една-тръба | Изключително ниско | Непрекъсната три{0}}измерна мрежа от линия-до-линия | 40 - 60 dB | Съществува само на теория или в -висок клас паста |
| Конвенционална добавка на сух прах | Изключително високо | Твърда агломерация, напукана мрежа | <15 dB (almost no shielding) | Трудно смесване, грапава повърхност |
| Силна ултразвукова дисперсия | Среден | Тръбите са счупени, влошени до контакт с малък{0}}обхват | 20 - 30 dB | Изключително ниска ефективност, не може да се мащабира |
4. Пробив на производителя: Как Shandong Tanfeng осигурява най-добрия екраниращ потенциал на CNTs?
Изборът на производител на източници като Shandong Tanfeng, който владее основните технологии за синтез с висока-чистота и пред-дисперсия, е оптималното решение за преодоляване на празнината на съпротивлението на контакт между-тръбите и наистина реализиране на най-доброто електромагнитно екраниране на въглеродните нанотръби.
Тъй като основната причина се крие в контактната устойчивост и твърдата агломерация, решението е „висока чистота, дълги тръби, истинска дисперсия“. Като професионален производител на CNT, Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. отваря за вас каналите за електромагнитно екраниране от синтез до дисперсия:
Пречистването със свръх-висока чистота предотвратява изтичането:Остатъчните метални катализатори не само увеличават локалното съпротивление, но също така генерират необичайно нагряване при микровълни. Shandong Tanfeng използва специализирани процеси на пречистване за здраво пресоване на метални остатъци под 20 ppm, елиминирайки всички мрежови дефекти, максимизирайки макроскопичната проводимост и директно увеличавайки загубата на отражение.
Ултра{0}}високото съотношение на страните намалява устойчивостта на припокриване: 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. Дългите тръби могат бързо да образуват проводима мрежа, която прониква в цялата матрица при изключително ниски количества на добавяне, позволявайки на свободните електрони да реагират на високо-честотни електромагнитни полета без препятствия.
Персонализирана предварително-диспергирана паста:Насочвайки се към болезнената точка на агломерацията на сух прах, Shandong Tanfeng предоставя NMP/водна-базирани/специални разтворители предварително-диспергирани пасти. Чрез патентовани-in{3}}ситу de-заплитане и процеси на агломерация с високо-де{6}}налягане, тръбните снопове са наистина разделени от една-тръба. Фиността на пастата D90 е строго контролирана в рамките на 5 μm. Надолу по веригата, независимо дали за директно покритие или смесване, екраниращата ефективност на гъвкавите екраниращи филми или проводящите пластмаси може стабилно да надхвърли марката от 40 dB.
Заключение
Връщайки се към основните въпроси: колко ефективно е електромагнитното екраниране навъглеродни нанотръби? Могат ли да заменят металните екраниращи материали? По отношение на гъвкавостта, лекотата и устойчивостта на корозия, CNT, по силата на техния механизъм „отражение + многократно поглъщане“, вече закрепиха обемисти метали, превръщайки се в задължителен-притежание за следващо-поколение-високочестотни електронни устройства. Въпреки това, при макроскопични приложения между-тръбното контактно съпротивление е виновникът, който убива производителността. Разчитането на висока чистота, високо аспектно съотношение и пред{7}}технологии за дисперсия на производител на източници като Shandong Tanfeng за преодоляване на разликата в проводимостта от микроскопични до макроскопични е единственият начин въглеродните нанотръби наистина да се превърнат в най-доброто оръжие, което нарушава ерата на традиционното метално екраниране.