Le refroidissement de l'électronique puissante dans les derniers smartphones peut être un défi majeur. Des chercheurs de l'Université des sciences et de la technologie du roi Abdullah ont développé une méthode rapide et efficace pour créer des matériaux de carbone idéaux pour dissiper la chaleur à partir de dispositifs électroniques. Ce matériau polyvalent peut trouver d'autres applications, des capteurs de gaz aux panneaux solaires.
De nombreux appareils électroniques utilisent des films de graphite pour mener et dissiper la chaleur générée par des composants électroniques. Bien que le graphite soit une forme naturelle de carbone, la gestion thermique de l'électronique est une application exigeante et dépend souvent de l'utilisation de films de graphite à micron de haute qualité. "Cependant, la méthode de fabrication de ces films en graphite à l'aide de polymères comme matières premières est complexe et à forte intensité d'énergie", explique Gitanjali Deokar, un post-doctorant dans le laboratoire de Pedro Costa qui a dirigé le travail. Les films sont réalisés grâce à un processus en plusieurs étapes qui nécessite des températures allant jusqu'à 3 200 degrés Celsius et ne peut pas produire de films plus fins que quelques microns.
Deokar, Costa et leurs collègues ont développé une méthode rapide et économe en énergie pour fabriquer des feuilles de graphite d'environ 100 nanomètres d'épaisseur. L'équipe a utilisé une technique appelée dépôt de vapeur chimique (CVD) pour développer des films de graphite nanométrique (NGF) sur du feuille de nickel, où le nickel catalyse la conversion du méthane chaud en graphite à sa surface. "Nous avons atteint NGF dans seulement une étape de croissance des MCV de 5 minutes à une température de réaction de 900 degrés Celsius", a déclaré Deokar.
Le NGF peut se développer en feuilles allant jusqu'à 55 cm2 et se développer des deux côtés du papier d'aluminium. Il peut être supprimé et transféré vers d'autres surfaces sans avoir besoin d'une couche de support en polymère, ce qui est une exigence commune pour travailler avec des films de graphène à couche unique.
En travaillant avec l'expert en microscopie électronique Alessandro Genovese, l'équipe a obtenu des images de microscopie électronique à transmission (TEM) de sections transversales de NGF sur le nickel. "L'observation de l'interface entre les films en graphite et la feuille de nickel est une réalisation sans précédent et fournira des informations supplémentaires sur le mécanisme de croissance de ces films", a déclaré Costa.
L'épaisseur de NGF se situe entre les films de graphite micron disponibles dans le commerce et le graphène à couche unique. "NGF complète le graphène et les feuilles de graphite industriel, ajoutant à l'arsenal des films en carbone en couches", a déclaré Costa. Par exemple, en raison de sa flexibilité, NGF peut être utilisé pour la gestion thermique dans des téléphones mobiles flexibles qui commencent maintenant à apparaître sur le marché. "Comparé aux films de graphène, l'intégration de NGF sera moins chère et plus stable", a-t-il ajouté.
Cependant, NGF a de nombreuses utilisations au-delà de la dissipation de la chaleur. Une caractéristique intéressante mise en évidence dans les images TEM est que certaines parties du NGF ne sont que quelques couches de carbone épaisses. "Remarquablement, la présence de plusieurs couches de domaines de graphène assure un degré suffisant de transparence de la lumière visible tout au long du film", a déclaré Deoka. L'équipe de recherche a émis l'hypothèse que le NGF conducteur et translucide pourrait être utilisé comme composant des cellules solaires ou comme matériau de détection pour détecter le gaz de dioxyde d'azote. "Nous prévoyons d'intégrer NGF dans les appareils afin qu'il puisse agir comme un matériau actif multifonctionnel", a déclaré Costa.
Informations supplémentaires: Gitanjali Deokar et al., Croissance rapide des films de graphite nanométrique sur le feuille de nickel à l'échelle de la plaquette et leur analyse structurelle, nanotechnologie (2020). Doi: 10.1088 / 1361-6528 / ABA712
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