تساعد صفائح الجرافيت الجيل الجديد من الهواتف الذكية على البقاء باردة

قد يُشكّل تبريد الأجهزة الإلكترونية القوية في أحدث الهواتف الذكية تحديًا كبيرًا. طوّر باحثون في جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية طريقة سريعة وفعّالة لإنتاج مواد كربونية مثالية لتبديد الحرارة من الأجهزة الإلكترونية. لهذه المادة متعددة الاستخدامات تطبيقات أخرى، من مستشعرات الغاز إلى الألواح الشمسية.
تستخدم العديد من الأجهزة الإلكترونية أغشية الجرافيت لتوصيل وتبديد الحرارة الناتجة عن المكونات الإلكترونية. ورغم أن الجرافيت شكل طبيعي من الكربون، إلا أن الإدارة الحرارية في الإلكترونيات تطبيقٌ شاق، وغالبًا ما يعتمد على استخدام أغشية جرافيت عالية الجودة بسُمك ميكرون واحد. وتوضح جيتانجالي ديوكار، باحثة ما بعد الدكتوراه في مختبر بيدرو كوستا، والتي قادت العمل: "مع ذلك، فإن طريقة صنع أغشية الجرافيت هذه باستخدام البوليمرات كمواد خام معقدة وتستهلك الكثير من الطاقة". وتُصنع هذه الأغشية من خلال عملية متعددة الخطوات تتطلب درجات حرارة تصل إلى 3200 درجة مئوية، ولا يُمكن إنتاج أغشية أرق من بضعة ميكرونات.
طوّر ديوكار وكوستا وزملاؤهما طريقة سريعة وموفرة للطاقة لصنع صفائح الجرافيت بسمك حوالي 100 نانومتر. استخدم الفريق تقنية تُسمى الترسيب الكيميائي للبخار (CVD) لتنمية أغشية الجرافيت (NGFs) بسمك نانومتر على رقاقة النيكل، حيث يُحفّز النيكل تحويل الميثان الساخن إلى جرافيت على سطحها. وصرح ديوكار: "لقد حققنا ترسيب الأغشية في غضون خمس دقائق فقط باستخدام الترسيب الكيميائي للبخار عند درجة حرارة تفاعل تبلغ 900 درجة مئوية".
يمكن لطبقة الجرافين النانوية أن تنمو إلى صفائح تصل مساحتها إلى 55 سم²، وتنمو على جانبي الرقاقة. ويمكن إزالتها ونقلها إلى أسطح أخرى دون الحاجة إلى طبقة دعم بوليمرية، وهو أمر شائع عند العمل مع أغشية الجرافين أحادية الطبقة.
بالتعاون مع خبير المجهر الإلكتروني أليساندرو جينوفيزي، حصل الفريق على صور مجهر إلكتروني نافذ (TEM) لمقاطع عرضية لأغشية الجرافيت النانوية على النيكل. وصرح كوستا قائلاً: "إن رصد السطح الفاصل بين أغشية الجرافيت ورقائق النيكل إنجاز غير مسبوق، وسيوفر رؤى إضافية حول آلية نمو هذه الأغشية".
يقع سمك طبقة NGF بين أغشية الجرافيت المتوفرة تجاريًا بسُمك ميكرون واحد والجرافين أحادي الطبقة. وصرح كوستا قائلًا: "تُكمّل طبقة NGF الجرافين وصفائح الجرافيت الصناعية، مما يُضيف إلى ترسانة أغشية الكربون متعددة الطبقات". على سبيل المثال، بفضل مرونتها، يُمكن استخدام طبقة NGF للتحكم الحراري في الهواتف المحمولة المرنة التي بدأت تُطرح في السوق. وأضاف: "مقارنةً بأغشية الجرافين، سيكون دمج طبقة NGF أقل تكلفة وأكثر استقرارًا".
ومع ذلك، فإن لطبقة الجرافين النانوية استخدامات عديدة تتجاوز مجرد تبديد الحرارة. ومن السمات المثيرة للاهتمام التي أظهرتها صور المجهر الإلكتروني النافذ أن بعض أجزاء طبقة الجرافين النانوية لا تتجاوز سماكتها بضع طبقات من الكربون. وصرح ديوكا قائلاً: "من اللافت للنظر أن وجود طبقات متعددة من مجالات الجرافين يضمن درجة كافية من شفافية الضوء المرئي في جميع أنحاء الغشاء". وافترض فريق البحث أن طبقة الجرافين النانوية الموصلة والشفافة يمكن استخدامها كمكون في الخلايا الشمسية أو كمادة استشعار للكشف عن غاز ثاني أكسيد النيتروجين. وقال كوستا: "نخطط لدمج طبقة الجرافين النانوية في الأجهزة لتكون بمثابة مادة فعالة متعددة الوظائف".
لمزيد من المعلومات: جيتانجالي ديوكار وآخرون، النمو السريع لأغشية الجرافيت بسمك نانومتر على رقائق النيكل بمقياس الرقاقة وتحليلها البنيوي، مجلة تكنولوجيا النانو (2020). DOI: 10.1088/1361-6528/aba712
إذا واجهتَ خطأً مطبعيًا أو عدم دقة، أو رغبتَ في تقديم طلب لتعديل محتوى هذه الصفحة، يُرجى استخدام هذا النموذج. للاستفسارات العامة، يُرجى استخدام نموذج الاتصال. وللحصول على ملاحظات عامة، يُرجى استخدام قسم التعليقات العامة أدناه (اتبع التعليمات).
رأيك يهمنا. مع ذلك، نظرًا لكثرة الرسائل، لا يمكننا ضمان ردّ مُخصّص.
يُستخدم عنوان بريدك الإلكتروني فقط لإعلام المُرسِل. لن يُستخدم عنوانك أو عنوان المُرسِل لأي غرض آخر. ستظهر المعلومات التي تُدخلها في بريدك الإلكتروني، ولن تُخزّنها Phys.org بأي شكل من الأشكال.
تلقَّ تحديثات أسبوعية و/أو يومية في بريدك الإلكتروني. يمكنك إلغاء الاشتراك في أي وقت، ولن نشارك بياناتك مع أي جهات خارجية.
نجعل محتوانا متاحًا للجميع. ساهم في دعم مهمة Science X بحساب مميز.