Køling af den kraftfulde elektronik i de nyeste smartphones kan være en stor udfordring. Forskere ved King Abdullah University of Science and Technology har udviklet en hurtig og effektiv metode til at skabe kulstofmaterialer, der er ideelle til at aflede varme fra elektroniske enheder. Dette alsidige materiale kan finde andre anvendelser, lige fra gassensorer til solpaneler.
Mange elektroniske enheder bruger grafitfilm til at lede og aflede varmen, der genereres af elektroniske komponenter. Selvom grafit er en naturlig form for kulstof, er termisk styring i elektronik en krævende anvendelse og afhænger ofte af brugen af mikrontykke grafitfilm af høj kvalitet. "Metoden til at fremstille disse grafitfilm ved hjælp af polymerer som råmaterialer er dog kompleks og energikrævende," forklarer Gitanjali Deokar, en postdoc i Pedro Costas laboratorium, der ledede arbejdet. Filmene fremstilles gennem en flertrinsproces, der kræver temperaturer på op til 3.200 grader Celsius, og kan ikke producere film tyndere end et par mikrometer.
Deokar, Costa og deres kolleger har udviklet en hurtig og energieffektiv metode til at fremstille grafitark med en tykkelse på omkring 100 nanometer. Holdet brugte en teknik kaldet kemisk dampaflejring (CVD) til at dyrke nanometertykke grafitfilm (NGF'er) på nikkelfolie, hvor nikkelet katalyserer omdannelsen af varm metan til grafit på dens overflade. "Vi opnåede NGF på bare et 5-minutters CVD-væksttrin ved en reaktionstemperatur på 900 grader Celsius," sagde Deokar.
NGF kan vokse til lag på op til 55 cm2 og vokse på begge sider af folien. Det kan fjernes og overføres til andre overflader uden behov for et polymerunderlag, hvilket er et almindeligt krav, når man arbejder med enkeltlags grafenfilm.
I samarbejde med elektronmikroskopieksperten Alessandro Genovese opnåede teamet transmissionselektronmikroskopi (TEM)-billeder af tværsnit af NGF på nikkel. "Observation af grænsefladen mellem grafitfilm og nikkelfolie er en hidtil uset præstation og vil give yderligere indsigt i vækstmekanismen for disse film," sagde Costa.
Tykkelsen af NGF ligger mellem kommercielt tilgængelige mikrontykke grafitfilm og enkeltlagsgrafen. "NGF supplerer grafen og industrielle grafitark og bidrager til arsenalet af lagdelte kulstoffilm," sagde Costa. For eksempel kan NGF på grund af sin fleksibilitet bruges til termisk styring i fleksible mobiltelefoner, der nu begynder at dukke op på markedet. "Sammenlignet med grafenfilm vil integrationen af NGF være billigere og mere stabil," tilføjede han.
NGF har dog mange anvendelser ud over varmeafledning. Et interessant træk, der fremhæves i TEM-billederne, er, at nogle dele af NGF kun har et par lag kulstof i tykkelse. "Bemærkelsesværdigt nok sikrer tilstedeværelsen af flere lag af grafendomæner en tilstrækkelig grad af synligt lysgennemsigtighed i hele filmen," sagde Deoka. Forskerholdet fremsatte en hypotese om, at den ledende, gennemskinnelige NGF kunne bruges som en komponent i solceller eller som et sensormateriale til at detektere nitrogendioxidgas. "Vi planlægger at integrere NGF i enheder, så det kan fungere som et multifunktionelt aktivt materiale," sagde Costa.
Yderligere information: Gitanjali Deokar et al., Hurtig vækst af nanometertykke grafitfilm på nikkelfolie i waferskala og deres strukturanalyse, Nanotechnology (2020). DOI: 10.1088/1361-6528/aba712
Hvis du støder på en tastefejl, unøjagtigheder eller ønsker at indsende en anmodning om at redigere indhold på denne side, bedes du bruge denne formular. Ved generelle spørgsmål bedes du bruge vores kontaktformular. For generel feedback, brug kommentarfeltet nedenfor (følg instruktionerne).
Din mening er vigtig for os. På grund af det store antal beskeder kan vi dog ikke garantere et personligt svar.
Din e-mailadresse bruges kun til at fortælle modtagerne, hvem der sendte e-mailen. Hverken din adresse eller modtagerens adresse vil blive brugt til andre formål. De oplysninger, du indtaster, vil blive vist i din e-mail og vil ikke blive gemt af Phys.org i nogen form.
Modtag ugentlige og/eller daglige opdateringer i din indbakke. Du kan til enhver tid afmelde dig, og vi deler aldrig dine oplysninger med tredjeparter.
Vi gør vores indhold tilgængeligt for alle. Overvej at støtte Science X's mission med en premium-konto.
Opslagstidspunkt: 05. september 2024