Η ψύξη των ισχυρών ηλεκτρονικών συστημάτων στα πιο πρόσφατα smartphones μπορεί να αποτελέσει μια σημαντική πρόκληση. Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας King Abdullah ανέπτυξαν μια γρήγορη και αποτελεσματική μέθοδο για τη δημιουργία υλικών άνθρακα ιδανικών για την απαγωγή θερμότητας από ηλεκτρονικές συσκευές. Αυτό το ευέλικτο υλικό μπορεί να βρει και άλλες εφαρμογές, από αισθητήρες αερίου έως ηλιακούς συλλέκτες.
Πολλές ηλεκτρονικές συσκευές χρησιμοποιούν μεμβράνες γραφίτη για την αγωγή και τη διάχυση της θερμότητας που παράγεται από τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα. Αν και ο γραφίτης είναι μια φυσική μορφή άνθρακα, η θερμική διαχείριση στα ηλεκτρονικά είναι μια απαιτητική εφαρμογή και συχνά εξαρτάται από τη χρήση μεμβρανών γραφίτη υψηλής ποιότητας πάχους μικρών. «Ωστόσο, η μέθοδος κατασκευής αυτών των μεμβρανών γραφίτη χρησιμοποιώντας πολυμερή ως πρώτες ύλες είναι πολύπλοκη και ενεργοβόρα», εξηγεί ο Gitanjali Deokar, μεταδιδακτορικός στο εργαστήριο του Pedro Costa, ο οποίος ηγήθηκε της εργασίας. Οι μεμβράνες κατασκευάζονται μέσω μιας διαδικασίας πολλαπλών σταδίων που απαιτεί θερμοκρασίες έως και 3.200 βαθμούς Κελσίου και δεν μπορεί να παράγει μεμβράνες λεπτότερες από μερικά μικρά.
Οι Deokar, Costa και οι συνάδελφοί τους ανέπτυξαν μια γρήγορη και ενεργειακά αποδοτική μέθοδο για την κατασκευή φύλλων γραφίτη πάχους περίπου 100 νανομέτρων. Η ομάδα χρησιμοποίησε μια τεχνική που ονομάζεται χημική εναπόθεση ατμών (CVD) για να αναπτύξει μεμβράνες γραφίτη (NGF) πάχους νανομέτρου σε φύλλο νικελίου, όπου το νικέλιο καταλύει τη μετατροπή του θερμού μεθανίου σε γραφίτη στην επιφάνειά του. «Επιτύχαμε NGF σε μόλις 5 λεπτά με βήμα ανάπτυξης CVD σε θερμοκρασία αντίδρασης 900 βαθμών Κελσίου», δήλωσε ο Deokar.
Το NGF μπορεί να αναπτυχθεί σε φύλλα επιφάνειας έως 55 cm2 και να αναπτυχθεί και στις δύο πλευρές του φύλλου. Μπορεί να αφαιρεθεί και να μεταφερθεί σε άλλες επιφάνειες χωρίς την ανάγκη για πολυμερές στρώμα υποστήριξης, κάτι που αποτελεί συνήθη απαίτηση κατά την εργασία με μεμβράνες γραφενίου μίας στρώσης.
Σε συνεργασία με τον ειδικό στην ηλεκτρονική μικροσκοπία Alessandro Genovese, η ομάδα έλαβε εικόνες ηλεκτρονικής μικροσκοπίας διέλευσης (TEM) διατομών NGF σε νικέλιο. «Η παρατήρηση της διεπαφής μεταξύ μεμβρανών γραφίτη και φύλλου νικελίου είναι ένα πρωτοφανές επίτευγμα και θα παράσχει πρόσθετες πληροφορίες για τον μηχανισμό ανάπτυξης αυτών των μεμβρανών», δήλωσε ο Costa.
Το πάχος του NGF εμπίπτει μεταξύ των εμπορικά διαθέσιμων μεμβρανών γραφίτη πάχους μικρών και του μονοστρωματικού γραφενίου. «Το NGF συμπληρώνει το γραφένιο και τα βιομηχανικά φύλλα γραφίτη, προσθέτοντας στο οπλοστάσιο των στρωματοποιημένων μεμβρανών άνθρακα», δήλωσε ο Κόστα. Για παράδειγμα, λόγω της ευελιξίας του, το NGF μπορεί να χρησιμοποιηθεί για θερμική διαχείριση σε εύκαμπτα κινητά τηλέφωνα που αρχίζουν τώρα να εμφανίζονται στην αγορά. «Σε σύγκριση με τις μεμβράνες γραφενίου, η ενσωμάτωση του NGF θα είναι φθηνότερη και πιο σταθερή», πρόσθεσε.
Ωστόσο, το NGF έχει πολλές χρήσεις πέρα από την απαγωγή θερμότητας. Ένα ενδιαφέρον χαρακτηριστικό που επισημαίνεται στις εικόνες TEM είναι ότι ορισμένα μέρη του NGF έχουν πάχος μόνο μερικών στρωμάτων άνθρακα. «Είναι αξιοσημείωτο ότι η παρουσία πολλαπλών στρωμάτων τομέων γραφενίου εξασφαλίζει επαρκή βαθμό διαφάνειας ορατού φωτός σε όλη την μεμβράνη», δήλωσε ο Deoka. Η ερευνητική ομάδα υπέθεσε ότι το αγώγιμο, ημιδιαφανές NGF θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως συστατικό ηλιακών κυψελών ή ως αισθητήριο υλικό για την ανίχνευση αερίου διοξειδίου του αζώτου. «Σχεδιάζουμε να ενσωματώσουμε το NGF σε συσκευές έτσι ώστε να μπορεί να λειτουργήσει ως ένα πολυλειτουργικό ενεργό υλικό», δήλωσε ο Costa.
Περισσότερες πληροφορίες: Gitanjali Deokar et al., Ταχεία ανάπτυξη μεμβρανών γραφίτη πάχους νανομέτρου σε φύλλο νικελίου σε κλίμακα wafer και η δομική τους ανάλυση, Νανοτεχνολογία (2020). DOI: 10.1088/1361-6528/aba712
Εάν αντιμετωπίσετε κάποιο τυπογραφικό λάθος, ανακρίβεια ή θέλετε να υποβάλετε αίτημα για επεξεργασία περιεχομένου σε αυτήν τη σελίδα, χρησιμοποιήστε αυτήν τη φόρμα. Για γενικές ερωτήσεις, χρησιμοποιήστε τη φόρμα επικοινωνίας μας. Για γενικά σχόλια, χρησιμοποιήστε την παρακάτω ενότητα δημόσιων σχολίων (ακολουθήστε τις οδηγίες).
Η γνώμη σας είναι σημαντική για εμάς. Ωστόσο, λόγω του μεγάλου όγκου μηνυμάτων, δεν μπορούμε να εγγυηθούμε μια εξατομικευμένη απάντηση.
Η διεύθυνση email σας χρησιμοποιείται μόνο για να ενημερώνει τους παραλήπτες ποιος έστειλε το email. Ούτε η διεύθυνσή σας ούτε η διεύθυνση του παραλήπτη θα χρησιμοποιηθούν για κανέναν άλλο σκοπό. Οι πληροφορίες που εισάγετε θα εμφανίζονται στο email σας και δεν θα αποθηκεύονται από το Phys.org σε καμία μορφή.
Λάβετε εβδομαδιαίες ή/και καθημερινές ενημερώσεις στα εισερχόμενά σας. Μπορείτε να διαγραφείτε ανά πάσα στιγμή και δεν θα κοινοποιήσουμε ποτέ τα στοιχεία σας σε τρίτους.
Κάνουμε το περιεχόμενό μας προσβάσιμο σε όλους. Σκεφτείτε το ενδεχόμενο να υποστηρίξετε την αποστολή του Science X με έναν premium λογαριασμό.
Ώρα δημοσίευσης: 05 Σεπτεμβρίου 2024