Refrigerar los potentes componentes electrónicos de los smartphones más recientes puede ser un gran desafío. Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah han desarrollado un método rápido y eficiente para crear materiales de carbono ideales para disipar el calor de los dispositivos electrónicos. Este versátil material puede tener otras aplicaciones, desde sensores de gas hasta paneles solares.
Muchos dispositivos electrónicos utilizan películas de grafito para conducir y disipar el calor generado por los componentes electrónicos. Si bien el grafito es una forma natural de carbono, la gestión térmica en electrónica es una aplicación exigente que a menudo depende del uso de películas de grafito de alta calidad con un espesor micrométrico. «Sin embargo, el método para fabricar estas películas de grafito utilizando polímeros como materia prima es complejo y consume mucha energía», explica Gitanjali Deokar, investigadora postdoctoral en el laboratorio de Pedro Costa, quien dirigió el trabajo. Las películas se fabrican mediante un proceso de varios pasos que requiere temperaturas de hasta 3200 grados Celsius y no pueden producir películas con un espesor inferior a unas pocas micras.
Deokar, Costa y sus colegas han desarrollado un método rápido y energéticamente eficiente para fabricar láminas de grafito de aproximadamente 100 nanómetros de espesor. El equipo utilizó una técnica llamada deposición química en fase de vapor (CVD) para desarrollar películas de grafito (NGF) de espesor nanométrico sobre láminas de níquel, donde el níquel cataliza la conversión de metano caliente en grafito en su superficie. «Logramos la NGF en tan solo 5 minutos de crecimiento mediante CVD a una temperatura de reacción de 900 grados Celsius», afirmó Deokar.
El NGF puede crecer en láminas de hasta 55 cm² de área y crecer en ambos lados de la lámina. Puede retirarse y transferirse a otras superficies sin necesidad de una capa de soporte de polímero, un requisito común al trabajar con películas de grafeno monocapa.
En colaboración con el experto en microscopía electrónica Alessandro Genovese, el equipo obtuvo imágenes de microscopía electrónica de transmisión (MET) de secciones transversales de NGF sobre níquel. «Observar la interfaz entre las películas de grafito y la lámina de níquel es un logro sin precedentes y aportará nuevos conocimientos sobre el mecanismo de crecimiento de estas películas», afirmó Costa.
El espesor del NGF se encuentra entre las películas de grafito de espesor micrométrico disponibles comercialmente y el grafeno monocapa. «El NGF complementa el grafeno y las láminas de grafito industriales, ampliando el arsenal de películas de carbono en capas», afirmó Costa. Por ejemplo, gracias a su flexibilidad, el NGF puede utilizarse para la gestión térmica de los teléfonos móviles flexibles que están empezando a aparecer en el mercado. «En comparación con las películas de grafeno, la integración del NGF será más económica y estable», añadió.
Sin embargo, el NGF tiene muchos usos más allá de la disipación de calor. Una característica interesante que se destaca en las imágenes TEM es que algunas partes del NGF tienen solo unas pocas capas de carbono de espesor. "Sorprendentemente, la presencia de múltiples capas de dominios de grafeno garantiza un grado suficiente de transparencia a la luz visible en toda la película", afirmó Deoka. El equipo de investigación planteó la hipótesis de que el NGF, conductor y translúcido, podría utilizarse como componente de células solares o como material sensor para la detección de dióxido de nitrógeno. "Planeamos integrar el NGF en dispositivos para que actúe como un material activo multifuncional", concluyó Costa.
Más información: Gitanjali Deokar et al., Crecimiento rápido de películas de grafito de espesor nanométrico sobre láminas de níquel a escala de oblea y su análisis estructural, Nanotechnology (2020). DOI: 10.1088/1361-6528/aba712
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Hora de publicación: 05-sep-2024