Enfriar la potente electrónica en los últimos teléfonos inteligentes puede ser un gran desafío. Los investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología del Rey Abdullah han desarrollado un método rápido y eficiente para crear materiales de carbono ideales para disipar el calor de los dispositivos electrónicos. Este material versátil puede encontrar otras aplicaciones, desde sensores de gas hasta paneles solares.
Muchos dispositivos electrónicos usan películas de grafito para realizar y disipar el calor generado por los componentes electrónicos. Aunque el grafito es una forma natural de carbono, la gestión térmica en la electrónica es una aplicación exigente y, a menudo, depende del uso de películas de grafito de alta calidad de micras de espesor. "Sin embargo, el método para hacer estas películas de grafito utilizando polímeros como materias primas es complejo y intensivo en energía", explica Gitanjali Deokar, un postdoc en el laboratorio de Pedro Costa que dirigió el trabajo. Las películas se realizan a través de un proceso de varios pasos que requiere temperaturas de hasta 3.200 grados Celsius y no puede producir películas más delgadas que unos pocos micras.
Deokar, Costa y sus colegas han desarrollado un método rápido y eficiente en la energía para hacer hojas de grafito de unos 100 nanómetros de espesor. El equipo utilizó una técnica llamada Deposición de vapor químico (CVD) para cultivar películas de grafito de grosor nanométrico (NGFS) en papel de níquel, donde el níquel cataliza la conversión de metano caliente en grafito en su superficie. "Logramos NGF en solo un paso de crecimiento de CVD de 5 minutos a una temperatura de reacción de 900 grados Celsius", dijo Deokar.
NGF puede convertirse en hojas de hasta 55 cm2 en área y crecer en ambos lados de la lámina. Se puede eliminar y transferir a otras superficies sin la necesidad de una capa de soporte de polímero, que es un requisito común cuando se trabaja con películas de grafeno de una sola capa.
Trabajando con el experto en microscopía electrónica Alessandro Genovese, el equipo obtuvo imágenes de microscopía electrónica de transmisión (TEM) de secciones transversales de NGF en níquel. "Observar la interfaz entre las películas de grafito y el papel de níquel es un logro sin precedentes y proporcionará información adicional sobre el mecanismo de crecimiento de estas películas", dijo Costa.
El grosor de NGF cae entre las películas de grafito de espesor micron de espesor disponibles comercialmente y el grafeno de una sola capa. "NGF complementa las hojas de grafito e industrial de grafito, lo que se suma al arsenal de películas de carbono en capas", dijo Costa. Por ejemplo, debido a su flexibilidad, NGF se puede utilizar para la gestión térmica en teléfonos móviles flexibles que ahora están comenzando a aparecer en el mercado. "En comparación con las películas de grafeno, la integración de NGF será más barata y más estable", agregó.
Sin embargo, NGF tiene muchos usos más allá de la disipación de calor. Una característica interesante destacada en las imágenes TEM es que algunas partes del NGF son solo unas pocas capas de carbono de espesor. "Sorprendentemente, la presencia de múltiples capas de dominios de grafeno asegura un grado suficiente de transparencia de luz visible durante toda la película", dijo Deoka. El equipo de investigación planteó la hipótesis de que el NGF conductor y translúcido podría usarse como un componente de las células solares o como material de detección para detectar gases de dióxido de nitrógeno. "Planeamos integrar NGF en dispositivos para que pueda actuar como un material activo multifuncional", dijo Costa.
Información adicional: Gitanjali Deokar et al., Un rápido crecimiento de películas de grafito de grosor nanométrico en papel de níquel a escala de obleas y su análisis estructural, nanotecnología (2020). Doi: 10.1088/1361-6528/aba712
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Tiempo de publicación: sep-05-2024