اقترح سون رونغ وباحثون آخرون من معهد شنتشن للتكنولوجيا المتقدمة التابع للأكاديمية الصينية للعلوم مؤخرًا استراتيجية بسيطة للمعالجة الحرارية بخطوة واحدة لتحضير مواد رغوية خفيفة الوزن من الميلامين المكربن المغطى بأكسيد الجرافين المختزل/الفضة (CMF/rGO/Ag). وقد أظهرت هذه المادة الرغوية المركبة من الميلامين المكربن خصائص ميكانيكية ممتازة وتأثيرًا فعالًا في الحماية من التداخل الكهرومغناطيسي (EMI SE).
لقد أدى انتشار اتصالات الجيل الخامس والهواتف الذكية إلى تفاقم مشكلة التداخل الكهرومغناطيسي.
يمكن أن يؤدي التداخل الكهرومغناطيسي الشديد إلى فقدان البيانات وفشل النظام وحتى تعريض صحة الإنسان للخطر.
إن تطوير مواد عالية الأداء لحماية التداخل الكهرومغناطيسي ذات كثافة منخفضة للغاية ومرونة ميكانيكية جيدة هي طريقة فعالة لقمع تلوث الموجات الكهرومغناطيسية الضارة أو الإشعاع.
بالنسبة للمواد المعدنية التقليدية، كان تحسين الموصلية دائمًا الاستراتيجية الأساسية لتحقيق مواد الحماية عالية الأداء.
بالإضافة إلى ذلك، تم الإبلاغ أيضًا عن أن المواد النانوية الجديدة مثل الجرافين وأنابيب الكربون النانوية والمكسين تتمتع بأداء عالٍ في حماية EMI.
بفضل مرونة عملية تصنيع المواد النانوية العالية، تُعالج هذه المواد على شكل رغوة أو غشاء لحماية من التداخل الكهرومغناطيسي. وبالمقارنة مع المواد النانوية الرغوية، تتميز الأغشية الكثيفة بموصلية أعلى.
يمكن للتوصيل العالي أن يولد مباشرة EMI SE عاليًا عن طريق عكس الموجات الكهرومغناطيسية الساقطة بقوة.
على سبيل المثال، عادةً ما يتجاوز معامل انعكاس الموجات الكهرومغناطيسية للمعادن شديدة التوصيل 90%، مما يعني أن 90% من الموجات الكهرومغناطيسية الواردة سوف تنعكس إلى الفضاء الحر.
يمكن أن تُسبب الموجات الكهرومغناطيسية المنعكسة أيضًا تلوثًا ثانويًا خطيرًا بالإشعاع الكهرومغناطيسي. ولا يزال الحصول على مواد حجب عالية الأداء للتداخل الكهرومغناطيسي ذات معامل انعكاس منخفض للموجات الكهرومغناطيسية يمثل تحديًا.
مادة الحماية الرغوية مصنوعة من بنية مسامية. بفضل خفة وزنها وقابليتها للانضغاط الميكانيكي الجيدة وأدائها القابل للتعديل في حماية التداخل الكهرومغناطيسي، تتمتع بإمكانيات كبيرة لتحل محل مواد الحماية المعدنية الصلبة التقليدية.
على وجه الخصوص، يُمكّن الهيكل المسامي مادة الحماية الرغوية من تحقيق انعكاسات متعددة واضحة على الموجات الكهرومغناطيسية الواردة، مما يُمكّن الرغوة من امتصاص الموجات الكهرومغناطيسية وتخفيفها. وقد أُفيد بأن الهيكل المسامي يُعزز امتصاص الموجات الكهرومغناطيسية بواسطة مادة MXene.
بالمقارنة مع المواد الصلبة، يتميز الهيكل المسامي بقدرة أفضل على مطابقة معاوقة الموجات الكهرومغناطيسية، مما يسمح بدخول الموجات الكهرومغناطيسية الواردة إلى الهيكل الداخلي لرغوة الحماية. لذلك، يجب أن تتمتع مواد الحماية من التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) ذات معاملي انعكاس وامتصاص منخفضين بمطابقة معاوقة جيدة (انعكاس منخفض) وانعكاس متعدد مرتفع. على سبيل المثال، تم تحضير هياكل طبقية، وهياكل متعددة الطبقات، وهياكل متساوية الخواص، ذات معاملي تداخل كهرومغناطيسي وامتصاص مرتفعين. بشكل عام، غالبًا ما تتطلب الهياكل المعقدة ومتعددة المكونات معالجة متعددة الخطوات، ومرونة ميكانيكية ضعيفة.
تم تحضير رغوة البولي إيميد المطلية بالفضة بطريقة الرش الفيزيائي، وكانت كثافتها 23 كجم/م3. أما رغوة الميلامين المطلية بالفضة، فقد تم تحضيرها بالترسيب الكيميائي. تتميز رغوة الميلامين المطلية بالفضة بمعامل تداخل كهرومغناطيسي عالي (EMI) قدره 90 ديسيبل، ومحتوى فضة بنسبة 63.5% وزناً. كما يُقترح استخدام رغوة هجينة من البولي ميثاكريليميد المطلي بالنحاس/النيكل، وبوليمر نانوي قائم على ألياف نانوية مطلية بجسيمات نانوية ذهبية، مع حماية من التداخل الكهرومغناطيسي.
ومع ذلك، نظرًا لعدم توافق السطح البيني بين المعدن الصلب والإطار المرن، فإن مواد الحماية الرغوية المعدنية المُعدّة بالطلاء الكهربائي والطلاء اللاكهربائي والرش الفيزيائي تُعاني من ضعف الخصائص الميكانيكية. ولا يزال تعزيز الترابط بين جزيئات المعدن وهيكل الرغوة المرنة، وإنتاج مواد حماية رغوية معدنية ذات خصائص ميكانيكية ممتازة، يمثل تحديًا كبيرًا.
في هذه الدراسة، اقترح الباحث استراتيجية معالجة حرارية بسيطة من خطوة واحدة لإعداد مادة رغوية مركبة خفيفة الوزن من الميلامين المتفحم المغطى بأكسيد الجرافين المختزل (CMF/rGO/Ag)، تتميز بخواص ميكانيكية ممتازة وتأثير ممتاز للحجب الكهرومغناطيسي (EMI SE). بفضل السطح البيني المعزز بين الإطار المركب والفضة، أظهرت رغوة CMF/rGO/Ag ثباتًا هيكليًا ممتازًا بعد 1000 دورة اختبار ضغط تحميل وتفريغ. بالإضافة إلى ذلك، بلغ تأثير الحجب الكهرومغناطيسي للرغوة 50.6 ديسيبل عند كثافة 16 ملغ/سم² جم-2 فقط، ومحتوى منخفض جدًا من الفضة بنسبة 1% حجميًا.
من المثير للاهتمام أن تعاون الإطار المسامي مع الواجهات المتعددة أدى إلى معامل امتصاص مرتفع بشكل غير عادي (أكثر من 0.5) لرغوة CMF/rGO/Ag. وقد دُرست آلية الحماية ذات معامل الامتصاص العالي لرغوة CMF/rGO/Ag بشكل أعمق باستخدام تحليل العناصر المحدودة (FEA). يُظهر الأداء الممتاز في حماية التداخل الكهرومغناطيسي في المجال القريب لرغوة CMF/rGO/Ag أن رغوة CMF/rGO/Ag القوية منخفضة الكثافة تتمتع بمزايا كبيرة وآفاق تطبيق واسعة كمواد حماية من التداخل الكهرومغناطيسي في مجال التغليف الإلكتروني.