เมื่อไม่นานมานี้ ซุน หรง และนักวิจัยท่านอื่นๆ จากสถาบันเทคโนโลยีขั้นสูงเซินเจิ้น สถาบันวิทยาศาสตร์แห่งประเทศจีน ได้เสนอวิธีการอบชุความร้อนแบบขั้นตอนเดียวที่เรียบง่าย เพื่อเตรียมวัสดุโฟมเมลามีนคาร์บอนไนซ์เคลือบด้วยเงิน/กราฟีนออกไซด์ลดรูป (CMF/rGO/Ag) ที่มีน้ำหนักเบา วัสดุ โฟมเมลามีน คอมโพสิตคาร์บอนไนซ์นี้ มีคุณสมบัติทางกลที่ดีเยี่ยมและมีประสิทธิภาพในการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI SE) ที่ยอดเยี่ยม
การเพิ่มขึ้นของการสื่อสาร 5G และโทรศัพท์สมาร์ทโฟนทำให้ปัญหาสัญญาณรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้ารุนแรงมากขึ้น
สัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้ารุนแรงอาจทำให้สูญเสียข้อมูล ระบบล้มเหลว และอาจเป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์ได้
การพัฒนาของวัสดุป้องกันการรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าประสิทธิภาพสูงที่มีความหนาแน่นต่ำเป็นพิเศษและความยืดหยุ่นทางกลที่ดีเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการปราบปรามมลพิษคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าหรือรังสีที่เป็นอันตราย
สำหรับวัสดุโลหะแบบดั้งเดิม การปรับปรุงสภาพนำไฟฟ้าถือเป็นกลยุทธ์หลักในการบรรลุวัสดุป้องกันที่มีประสิทธิภาพสูงเสมอมา
นอกจากนี้ ยังมีรายงานว่านาโนวัสดุใหม่ เช่น กราฟีน นาโนทิวบ์คาร์บอน และ MXene มีประสิทธิภาพในการป้องกัน EMI สูงอีกด้วย
เนื่องจากกระบวนการผลิตนาโนวัสดุมีความยืดหยุ่นสูง วัสดุเหล่านี้จึงถูกแปรรูปให้เป็นรูปแบบโฟมหรือฟิล์มเพื่อป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เมื่อเปรียบเทียบกับนาโนวัสดุในรูปแบบโฟมแล้ว ฟิล์มที่มีความหนาแน่นจะมีคุณสมบัติการนำไฟฟ้าสูงกว่า
ค่าการนำไฟฟ้าสูงสามารถสร้าง EMI SE สูงได้โดยตรงโดยการสะท้อนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ตกกระทบอย่างรุนแรง
ตัวอย่างเช่น ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของโลหะที่มีความนำไฟฟ้าสูงมักจะเกิน 90% ซึ่งหมายความว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ตกกระทบ 90% จะถูกสะท้อนเข้าไปในอวกาศว่างเปล่า
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่สะท้อนออกมาอาจทำให้เกิดมลภาวะจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ารองที่ร้ายแรงได้ ยังคงเป็นความท้าทายในการหาวัสดุป้องกัน EMI ประสิทธิภาพสูงที่มีค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าต่ำ
วัสดุป้องกันประเภทโฟมประกอบด้วยโครงสร้างที่มีรูพรุน เนื่องจากมีน้ำหนักเบา การบีบอัดเชิงกลที่ดี และประสิทธิภาพการป้องกัน EMI ที่ปรับได้ จึงมีศักยภาพที่ยอดเยี่ยมในการแทนที่วัสดุป้องกันโลหะแบบแข็งแบบดั้งเดิม
โดยเฉพาะอย่างยิ่งโครงสร้างที่มีรูพรุนทำให้วัสดุป้องกันชนิดโฟมสามารถสะท้อนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ตกกระทบได้หลายครั้งอย่างเห็นได้ชัด ทำให้โฟมสามารถดูดซับและลดทอนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ มีรายงานว่าโครงสร้างที่มีรูพรุนจะช่วยเพิ่มการดูดซับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าโดย MXene
เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุแข็ง โครงสร้างที่มีรูพรุนจะมีความสามารถในการจับคู่ความต้านทานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ดีกว่า และสามารถทำให้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ตกกระทบเข้าสู่โครงสร้างภายในของโฟมป้องกันได้ ดังนั้น วัสดุป้องกัน EMI ที่มีค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนต่ำและค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนสูงจึงควรมีการจับคู่ความต้านทานที่ดี (การสะท้อนต่ำ) และการสะท้อนหลายทิศทางสูง ตัวอย่างเช่น โครงสร้างแบบหลายชั้น โครงสร้างหลายชั้น และโครงสร้างไอโซทรอปิกได้รับการเตรียมไว้ โดยมีค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนและ EMI สูง โดยทั่วไปแล้ว โครงสร้างที่ซับซ้อนและส่วนประกอบหลายส่วนมักเกี่ยวข้องกับการประมวลผลหลายขั้นตอน และความยืดหยุ่นเชิงกลก็ไม่ดี
โฟมโพลีอิไมด์ชุบเงินเตรียมโดยวิธีการพ่นทางกายภาพ และมีความหนาแน่น 23 กก./ม.3 โฟมเมลามีนชุบเงินเตรียมโดยการสะสมทางเคมี โฟมเมลามีนชุบเงินที่เตรียมได้มีค่า SE สูง EMI 90 เดซิเบล และมีปริมาณเงิน 63.5% นอกจากนี้ ยังมีการเสนอวิธีการชุบแบบไม่ใช้ไฟฟ้าเพื่อป้องกันการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าโดยใช้โฟมไฮบริดโพลีเมทาคริลิไมด์เคลือบทองแดง/นิกเกิลและเส้นใยนาโนเคลือบอนุภาคทองบนพอลิเมอร์
อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความไม่ตรงกันของอินเทอร์เฟซโดยธรรมชาติระหว่างโลหะแข็งและโครงยืดหยุ่น วัสดุป้องกันโฟมโลหะที่เตรียมโดยการชุบด้วยไฟฟ้า การชุบโดยไม่ใช้ไฟฟ้า และการพ่นด้วยไฟฟ้าจึงมีคุณสมบัติเชิงกลที่ไม่ดี การปรับปรุงการเชื่อมต่อระหว่างอนุภาคโลหะและโครงโฟมยืดหยุ่นและการสร้างวัสดุป้องกันโฟมโลหะที่มีคุณสมบัติเชิงกลที่ยอดเยี่ยมยังคงเต็มไปด้วยความท้าทาย
ในการศึกษานี้ ผู้เขียนเสนอวิธีการอบด้วยความร้อนแบบขั้นตอนเดียวเพื่อเตรียมวัสดุโฟมคอมโพสิตเมลามีนคาร์บอนไนซ์เคลือบด้วยออกไซด์เงิน/กราฟีนที่ลดลง (CMF/rGO/Ag) น้ำหนักเบา ซึ่งมีคุณสมบัติเชิงกลที่ยอดเยี่ยมและมีผลป้องกัน EMI ที่ยอดเยี่ยม (EMI SE) เนื่องจากอินเทอร์เฟซที่ได้รับการปรับปรุงระหว่างกรอบคอมโพสิตและเงิน โฟม CMF/rGO/Ag จึงแสดงความเสถียรของโครงสร้างที่ยอดเยี่ยมหลังจากการทดสอบแรงอัดแบบโหลด-ขนถ่าย 1000 รอบ นอกจากนี้ ค่า EMI SE ของโฟมยังสูงถึง 50.6 เดซิเบลที่ความหนาแน่นเพียง 16 มก./ซม.2/ก.-1 และมีปริมาณ Ag ต่ำเป็นพิเศษที่ 0.09%
ที่น่าสนใจคือ ความร่วมมือระหว่างกรอบที่มีรูพรุนและอินเทอร์เฟซหลายตัวส่งผลให้โฟม CMF/rGO/Ag มีค่าสัมประสิทธิ์การดูดซับสูงผิดปกติ (มากกว่า 0.5) กลไกการป้องกันที่มีค่าสัมประสิทธิ์การดูดซับสูงของโฟม CMF/rGO/Ag ได้รับการศึกษาเพิ่มเติมโดยการวิเคราะห์องค์ประกอบจำกัด (FEA) ประสิทธิภาพการป้องกัน EMI ในระยะใกล้ที่ยอดเยี่ยมของโฟม CMF/rGO/Ag แสดงให้เห็นว่าโฟม CMF/rGO/Ag ที่มีความหนาแน่นต่ำและแข็งแรงมีข้อดีมากมายและมีแนวโน้มการใช้งานที่กว้างขวางเป็นวัสดุป้องกัน EMI สำหรับบรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์