Refrigerar los potentes componentes electrónicos de los últimos smartphones 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 material versátil 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 sus componentes. 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 de micras. «Sin embargo, el método para fabricar estas películas de grafito utilizando polímeros como materia prima es complejo y requiere mucha energía», explica Gitanjali Deokar, investigadora postdoctoral en el laboratorio de Pedro Costa, quien lideró el proyecto. Las películas se fabrican mediante un proceso de varias etapas que requiere temperaturas de hasta 3200 grados Celsius y no permite obtener 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 unos 100 nanómetros de espesor. El equipo utilizó una técnica llamada deposición química de vapor (CVD) para cultivar películas de grafito nanométricas (NGF) sobre láminas de níquel, donde el níquel cataliza la conversión de metano caliente en grafito en su superficie. «Logramos obtener NGF en tan solo 5 minutos mediante un proceso de CVD a una temperatura de reacción de 900 grados Celsius», afirmó Deokar.
El NGF puede crecer formando láminas de hasta 55 cm² de superficie y extenderse por ambas caras de la lámina. Se puede retirar y transferir a otras superficies sin necesidad de una capa de soporte de polímero, algo habitual 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 (TEM) 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 proporcionará información adicional sobre el mecanismo de crecimiento de estas películas», afirmó Costa.
El grosor del NGF se sitúa entre el de las películas de grafito de micras disponibles comercialmente y el del grafeno monocapa. «El NGF complementa al grafeno y a las láminas de grafito industrial, 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 en 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", dijo Deoka. El equipo de investigación planteó la hipótesis de que el NGF conductor y translúcido podría usarse como componente de células solares o como material sensor para detectar dióxido de nitrógeno. "Planeamos integrar el NGF en dispositivos para que pueda actuar como un material activo multifuncional", dijo Costa.
Información adicional: 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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Fecha de publicación: 5 de septiembre de 2024