کامپوزیت محافظ EMI پلیمری

 کامپوزیت های محافظ EMI پلیمری با شبکه های رسانای سه بعدی: بررسی مختصر

امواج الکترومغناطیسی با فرکانس بالا و محصولات الکترونیکی اگرچه می توانند برای بهبود سبک زندگی مردم مناسب باشند اما منجر به یک سری تداخل الکترومغناطیسی (EMI)، از خطرات بالقوه گرفته تا عملکرد عادی  اجزای الکترونیک و ایمنی انسان می شوند. بنابراین، بررسی مواد محافظ EMI بسیار مورد توجه محققان قرار گرفته است. از میان آنها، مواد محافظ EMI پلیمری با وزن سبک، استحکام بالا و خواص پایدار پتانسیل بالایی دارند. ساختار شبکه های رسانای سه بعدی روش موثری برای آماده سازی ترکیبی از مواد محافظ EMI پلیمری با اثر محافظت عالی (SE) را معرفی می کند. در این مقاله، مکانیسم محافظت در مواد محافظ EMI پلیمری با شبکه های رسانای سه بعدی به طور مختصر با تاکید بر روش های آماده سازی و آخرین پیشرفت های تحقیقاتی این مواد با شبکه های رسانای سه بعدی مختلف ارائه شده است. مشکلات علمی و فنی مهم این مواد نیز در اینجا مطرح شده است. در نهایت، به بررسی روند توسعه و چشم انداز مواد محافظ EMI پلیمری می پردازیم.

با ظهور عصر 5G، کاربرد امواج الکترومغناطیسی با فرکانس بالا و محصولات الکترونیکی به تدریج گسترش می یابند که رفاه و راحتی را برای مردم به ارمغان آورده و همچنین، منجر به یک سری تداخلات الکترومغناطیسی (EMI) می شود. این نه تنها به طور جدی عملکرد عادی قطعات الکترونیکی را تهدید می کند، بلکه باعث ایجاد خطرات امنیتی بالقوه برای انسان نیز می شود. بنابراین، تحقیق و توسعه مواد محافظ EMI ضرورت دارد. باتوجه به شکل زیر، تنها بخش کوچکی از امواج الکترومغناطیسی از این مواد محافظ عبور می کنند که مکانیسم جذب غالب محافظ گفته می شود.

شکل 1:

کامپوزیت های رسانای پلیمری به دلیل برخورداری از مزایایی همچون چگالی کم، استحکام بالا، خواص شیمیایی پایدار و پردازش آسان به تدریج جایگزین مواد محافظ فلزی سنتی شدند. عملکرد نسبتا رضایت بخش مواد محافظ EMI به سادگی با افزودن فیلرهای بسیار رسانا یا مغناطیسی حاصل می شود. با این حال، به مقدار زیادی فیلر نیاز دارد که به ناچار منجر به دشواری پردازش و کاهش خواص مکانیکی می شود و از طرفی، استفاده از اثر محافظ (SE) در رسیدن به عملکردهای محافظ برتر دشوار است. محققان تلاش کردند تا SE در EMI کامپوزیت های پلیمری را تا حدی با همان بارگذاری فیلر با عملکرد سطحی فیلرها یا القای خارجی بهبود بخشند اما اثر بهبود هنوز محدود و بسیار کمتر از حد انتظار است. تحقیقات نشان می دهد ساخت شبکه های رسانای سه بعدی می تواند متوجه پراکندگی یکنواخت فیلرهای رسانا برای اتصال موثر آنها به الکترون ها شود و رابط‌های فراوان به منظور بهبود بیشتر تضعیف امواج الکترومغناطیسی و دستیابی به SE قابل توجه در EMI کامپوزیت های پلیمری با بارگیری فیلرهای رسانا فوق پایین کاربرد دارند. در این مقاله، مکانیسم محافظ و روش های آماده سازی مواد محافظ EMI پلیمری در سال های اخیر و همچنین آخرین پیشرفت های تحقیقاتی در این زمینه بررسی می شود. مشکلات کلیدی علمی و فنی که در این باره وجود دارند و بایستی برطرف شوند نیز بیان شده است. در نهایت، روند توسعه و چشم انداز کاربرد مواد محافظ EMI پلیمری در حال بررسی هستند.

چشم انداز

در این مقاله، روش های ساخت و مکانیسم محافظ در شبکه های رسانای سه بعدی و همچنین آخرین پیشرفت های تحقیقاتی در مورد مواد محافظ EMI پلیمری در سال های اخیر بررسی شده است. اگرچه محققان پیشرفت زیادی در آماده سازی مواد محافظ با شبکه های رسانای سه بعدی دارای چگالی کم و SE بالا در EMI داشتند، اما اکثر شبکه های رسانای سه بعدی به دلیل شرایط سخت آماده سازی مانند دما و فشار بالا، استفاده از مواد سمی، هزینه بالا و پردازش پیچیده برای تولید در مقیاس بزرگ مناسب نیستند. روش تمپلت می تواند انواع شبکه های رسانای سه بعدی را بر مبنای ساختارهای سلولی 3 بعدی توسعه یافته تمپلت را بسازد اما فرآیند حذف الگو آسیب خاصی به شبکه های رسانای سه بعدی وارد می کند. روش خشک کردن-انجمادی کنترل ترکیب و ساختارهای سه بعدی در شبکه های رسانا را تسهیل می کند اما فرآیند آماده سازی آنها زمان طولانی بوده و سایز مواد نیز محدود است. شرایط واکنش و تجهیزات در روش هیدروترمال نسبتا ساده است. اما با این حال، استفاده از معرف های شیمیایی سمی کاملا ضروری است. روش فومینگ از مزایایی مانند هزینه کم و آماده سازی ساده برخوردار است اما کنترل یکنواخت اندازه سلول داخلی دشوار است. بنابراین، اکتشاف و ارتقا روش های آماده سازی و پردازش جدید، ساده سازی فرآیند، تنظیم اندازه محصول و کاهش هزینه برای توسعه مواد محافظ دارای شبکه های رسانای سه بعدی بسیار مهم است. اگرچه شبکه های رسانای سه بعدی توزیع شده تصادفی می توانند SE قابل توجهی در EMI را با نسبت بسیار پایین به دست آورند، بارگذاری فیلر همچنان به استفاده بیشتر از پتانسیل فیلر رسانا از طریق بهینه سازی ساختاری و دیگر روش ها نیاز دارد. شبکه های رسانای سه بعدی ناهمسانگرد می توانند آستانه نفوذ مواد را کاهش دهند اما اغلب خواص مکانیکی در جهت عمودی را کاهش می دهد. کنترل ساختار جدا شده از بارگذاری و توزیع فیلرهای رسانا آسان است اما ماتریس پلیمری توسط فیلرهای رسانای توزیع شده انتخابی جدا می شود که منجر به کاهش خواص مکانیکی کامپوزیت ها می شود. شبکه های سه بعدی چند رابط می توانند کمبود فیلر رسانا را جبران کرده و توانایی اتلاف امواج الکترومغناطیسی در مواد محافظ EMI را ارتقا دهند.

با این حال، اسفنج فرمالدئید برای میل ترکیبی همه فیلرهای رسانا ضروری است که به اتصال بهتر نیاز دارد. بنابراین، به منظور بررسی دقیق توانایی اتلاف امواج الکترومغناطیسی برای فیلرهای رسانا، انجام طراحی ساختاری معقول و کارآمد، بهبود همزمان خواص مکانیکی و محافظ برای تهیه نسل بعدی مواد محافظ EMI پلیمری با عملکرد بالا بسیار مهم است. علاوه براین، روش های آماده سازی و پردازش پیشرفته (مانند چاپ سه بعدی، فناوری میکروسیال و غیره) باید توسعه یابند و طراحی دقیق بهینه سازی میکروساختار بر مبنای شبکه های رسانای سه بعدی به منظور تحقق بهینه‌سازی مشترک خواص فیزیکوشیمیایی در مواد محافظ توسعه یابند. مدل های تئوری بین میکروساختارهای مواد و عملکردهای محافظ الکترومغناطیسی نیز باید ایجاد شوند. علاوه بر این، ارتباط بین مواد و امواج الکترومغناطیسی نیز باید برای درک بیشتر مکانیسم ذاتی محافظ EMI مورد بررسی قرار گیرد. این امر توسعه نسل بعدی مواد محافظ EMI پلیمری با عملکرد بالا را تا حد زیادی ترویج خواهد داد. اعتقاد بر این است که مواد محافظ با شبکه های رسانای سه بعدی کمک زیادی به توسعه هوافضا، ارتباطات الکترونیکی، درمان های پزشکی، هوش مصنوعی و حفاظت از محیط زیست در آینده نزدیک خواهد کرد.