خنک کردن قطعات الکترونیکی قدرتمند در جدیدترین گوشی‌های هوشمند می‌تواند یک چالش بزرگ باشد. محققان دانشگاه علوم و فناوری ملک عبدالله روشی سریع و کارآمد برای ایجاد مواد کربنی ایده‌آل برای دفع گرما از دستگاه‌های الکترونیکی ابداع کرده‌اند. این ماده همه‌کاره می‌تواند کاربردهای دیگری از حسگرهای گاز گرفته تا پنل‌های خورشیدی داشته باشد.
بسیاری از دستگاه‌های الکترونیکی از فیلم‌های گرافیتی برای هدایت و دفع گرمای تولید شده توسط اجزای الکترونیکی استفاده می‌کنند. اگرچه گرافیت نوعی کربن طبیعی است، اما مدیریت حرارتی در الکترونیک کاربردی طاقت‌فرسا است و اغلب به استفاده از فیلم‌های گرافیتی با ضخامت میکرون و کیفیت بالا بستگی دارد. گیتانجالی دیوکار، دانشجوی فوق دکترا در آزمایشگاه پدرو کاستا که رهبری این کار را بر عهده داشت، توضیح می‌دهد: «با این حال، روش ساخت این فیلم‌های گرافیتی با استفاده از پلیمرها به عنوان مواد اولیه پیچیده و انرژی‌بر است.» این فیلم‌ها از طریق یک فرآیند چند مرحله‌ای ساخته می‌شوند که به دمایی تا ۳۲۰۰ درجه سانتیگراد نیاز دارد و نمی‌تواند فیلم‌هایی نازک‌تر از چند میکرون تولید کند.
دیوکار، کاستا و همکارانشان روشی سریع و کم‌مصرف برای ساخت ورق‌های گرافیتی با ضخامت حدود ۱۰۰ نانومتر ابداع کرده‌اند. این تیم از تکنیکی به نام رسوب بخار شیمیایی (CVD) برای رشد لایه‌های نازک گرافیتی (NGF) با ضخامت نانومتری روی فویل نیکل استفاده کردند، جایی که نیکل تبدیل متان داغ به گرافیت را روی سطح آن کاتالیز می‌کند. دیوکار گفت: «ما NGF را تنها در یک مرحله رشد CVD 5 دقیقه‌ای در دمای واکنش ۹۰۰ درجه سانتیگراد به دست آوردیم.»
NGF می‌تواند به صورت ورقه‌هایی تا مساحت ۵۵ سانتی‌متر مربع رشد کند و در هر دو طرف فویل رشد کند. می‌توان آن را بدون نیاز به لایه پشتیبان پلیمری، که یک نیاز رایج هنگام کار با فیلم‌های گرافن تک لایه است، جدا کرده و به سطوح دیگر منتقل کرد.
این تیم با همکاری متخصص میکروسکوپ الکترونی، الساندرو جنووسی، تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) از مقاطع عرضی NGF روی نیکل را به دست آوردند. کاستا گفت: «مشاهده فصل مشترک بین لایه‌های گرافیت و فویل نیکل یک دستاورد بی‌سابقه است و بینش‌های بیشتری در مورد مکانیسم رشد این لایه‌ها ارائه می‌دهد.»
ضخامت NGF بین فیلم‌های گرافیتی با ضخامت میکرون که به صورت تجاری در دسترس هستند و گرافن تک لایه قرار می‌گیرد. کاستا گفت: «NGF مکمل گرافن و ورق‌های گرافیت صنعتی است و به مجموعه فیلم‌های کربنی لایه‌ای می‌افزاید.» به عنوان مثال، به دلیل انعطاف‌پذیری آن، NGF می‌تواند برای مدیریت حرارتی در تلفن‌های همراه انعطاف‌پذیر که اکنون در بازار عرضه می‌شوند، مورد استفاده قرار گیرد. وی افزود: «در مقایسه با فیلم‌های گرافنی، ادغام NGF ارزان‌تر و پایدارتر خواهد بود.»
با این حال، NGF کاربردهای زیادی فراتر از اتلاف گرما دارد. یکی از ویژگی‌های جالب توجه در تصاویر TEM این است که برخی از قسمت‌های NGF تنها چند لایه کربن دارند. دئوکا گفت: «قابل توجه است که وجود لایه‌های متعدد از دامنه‌های گرافن، درجه کافی از شفافیت نور مرئی را در سراسر فیلم تضمین می‌کند.» تیم تحقیقاتی این فرضیه را مطرح کرد که NGF رسانا و شفاف می‌تواند به عنوان جزئی از سلول‌های خورشیدی یا به عنوان یک ماده حسگر برای تشخیص گاز دی اکسید نیتروژن استفاده شود. کاستا گفت: «ما قصد داریم NGF را در دستگاه‌ها ادغام کنیم تا بتواند به عنوان یک ماده فعال چند منظوره عمل کند.»
اطلاعات بیشتر: گیتانجالی دیوکار و همکاران، رشد سریع لایه‌های گرافیتی نانومتری روی فویل نیکل در مقیاس ویفر و تحلیل ساختاری آنها، نانوتکنولوژی (2020). DOI: 10.1088/1361-6528/aba712
اگر با غلط املایی، بی‌دقتی مواجه شدید یا می‌خواهید درخواست ویرایش محتوا را در این صفحه ارسال کنید، لطفاً از این فرم استفاده کنید. برای سوالات عمومی، لطفاً از فرم تماس ما استفاده کنید. برای بازخورد عمومی، از بخش نظرات عمومی در زیر استفاده کنید (دستورالعمل‌ها را دنبال کنید).
نظر شما برای ما مهم است. با این حال، به دلیل حجم بالای پیام‌ها، نمی‌توانیم پاسخ شخصی‌سازی‌شده را تضمین کنیم.
آدرس ایمیل شما فقط برای اطلاع‌رسانی به گیرندگان ایمیل استفاده می‌شود. نه آدرس شما و نه آدرس گیرنده برای هیچ هدف دیگری استفاده نخواهد شد. اطلاعاتی که وارد می‌کنید در ایمیل شما نمایش داده می‌شود و به هیچ وجه توسط Phys.org ذخیره نخواهد شد.
به‌روزرسانی‌های هفتگی و/یا روزانه را در صندوق ورودی خود دریافت کنید. می‌توانید در هر زمان اشتراک خود را لغو کنید و ما هرگز اطلاعات شما را با اشخاص ثالث به اشتراک نمی‌گذاریم.
ما محتوای خود را برای همه قابل دسترسی می‌کنیم. حمایت از ماموریت Science X را با یک حساب کاربری ویژه در نظر بگیرید.
زمان ارسال: سپتامبر-05-2024