Sự bùng nổ của các thiết bị không dây mang đến sự tiện lợi nhưng cũng kéo theo một rắc rối lớn mang tên nhiễu điện từ. Để giải quyết bài toán này, nhóm nghiên cứu tại Đại học Nông nghiệp An Huy thuộc thành phố Hợp Phì của Trung Quốc vừa công bố một giải pháp vật liệu mang tính đột phá trên tạp chí Sustainable Carbon Materials.

Thay vì sử dụng kim loại hay các chất độn đắt tiền, các nhà khoa học đã tìm đến một loại cây quen thuộc là tre. Họ thành công trong việc kết hợp than sinh học từ tre với nhựa phân hủy sinh học, tạo ra một loại vật liệu không chỉ thân thiện với môi trường mà còn sở hữu những đặc tính cơ học và điện từ vượt trội.

Lời giải triệt để cho bài toán nhiễu sóng thứ cấp

Nhiễu điện từ vốn là những tín hiệu không mong muốn làm gián đoạn hoạt động của vi mạch. Các vật liệu che chắn truyền thống hiện nay đa phần hoạt động theo cơ chế phản xạ sóng điện từ ra môi trường xung quanh. Điều này vô tình tạo ra hiện tượng nhiễu thứ cấp, gây ảnh hưởng trực tiếp đến các thiết bị công nghệ khác được đặt gần đó.

Vật liệu composite mới giải quyết triệt để nhược điểm này bằng cách hấp thụ phần lớn năng lượng sóng đi vào. Kết quả thử nghiệm trong dải tần từ 8,2 đến 12,4 GHz cho thấy vật liệu đạt hiệu quả che chắn trung bình 36,7 dB. Đáng chú ý, phần lớn khả năng che chắn đến từ việc hấp thụ sóng với 30,8 dB, trong khi lượng sóng bị phản xạ chỉ chiếm 5,9 dB.

Để đạt được những thông số ấn tượng trên, nhóm nghiên cứu phải trải qua một quy trình xử lý vật liệu vô cùng phức tạp. Bột tre ban đầu được nung trong môi trường nitơ để tạo ra than sinh học, sau đó tiếp tục được can thiệp bằng phương pháp gia nhiệt Joule chớp nhoáng nhằm biến đổi hoàn toàn cấu trúc carbon bên trong.

Các hạt than sau đó được phủ thêm hợp chất hóa học APTES để tăng độ bám dính trước khi được kẹp giữa các lớp nhựa sinh học PLA và PBAT. Cấu trúc phân lớp này đóng vai trò như một mê cung phức tạp, buộc sóng điện từ phải di chuyển qua những quãng đường dài hơn và liên tục bị triệt tiêu năng lượng trong quá trình len lỏi.

Phiên bản tối ưu của loại vật liệu này sở hữu độ bền kéo lên tới 25,5 MPa, cao hơn 81% so với các vật liệu đối chứng thông thường. Độ dai của vật liệu cũng ghi nhận mức tăng 173%, đạt 2,68 megajoule trên mỗi mét khối. Khả năng kéo giãn trước khi đứt vỡ tăng hơn gấp đôi, từ 11,5% vọt lên mức 24,7%.

Tương lai của ngành thiết kế phần cứng công nghệ

Việc kết hợp thành công tính năng chống nhiễu sóng và độ bền cơ học cao vào cùng một loại vật liệu đang mở ra những hướng đi hoàn toàn mới cho ngành thiết kế phần cứng. Khả năng dẫn điện của loại composite này cũng được cải thiện rõ rệt, đạt 12,8 siemens/cm so với mức 1,7 siemens/cm của than tre nguyên bản chưa qua xử lý.

Trong tương lai gần, loại vật liệu này không chỉ đơn thuần đóng vai trò làm lớp lót chắn sóng ẩn sâu bên trong bo mạch. Nó hoàn toàn có thể trở thành vật liệu chính để đúc nên phần vỏ ngoài chịu lực của điện thoại thông minh, máy tính xách tay và hàng loạt thiết bị thông minh khác. Bằng cách này, các nhà sản xuất có thể tối ưu hóa độ mỏng nhẹ cho phần cứng trong khi vẫn đảm bảo sự an toàn tuyệt đối cho các linh kiện cốt lõi bên trong.