Refroidir les puissants composants électroniques des smartphones les plus récents peut s'avérer un défi majeur. Des chercheurs de l'Université des sciences et technologies du Roi Abdallah ont mis au point une méthode rapide et efficace pour créer des matériaux en carbone, idéaux pour dissiper la chaleur des appareils 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 conduire et dissiper la chaleur générée par les composants électroniques. Bien que le graphite soit une forme naturelle de carbone, la gestion thermique en électronique est une application exigeante et nécessite souvent l'utilisation de films de graphite de haute qualité, de l'ordre du micron d'épaisseur. « Cependant, la méthode de fabrication de ces films de graphite à partir de polymères est complexe et énergivore », explique Gitanjali Deokar, postdoctorant au laboratoire de Pedro Costa, qui a dirigé les travaux. Ces films sont fabriqués selon un procédé en plusieurs étapes qui nécessite des températures allant jusqu'à 3 200 degrés Celsius et ne permet pas de produire des films d'une épaisseur inférieure à 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 chimique en phase vapeur (CVD) pour former des films de graphite nanométriques (NGF) sur une feuille de nickel. Le nickel catalyse la conversion du méthane chaud en graphite à sa surface. « Nous avons obtenu des NGF en seulement 5 minutes de croissance par CVD à une température de réaction de 900 °C », a déclaré Deokar.
Le NGF peut se développer en feuilles d'une surface maximale de 55 cm² et se développer sur les deux faces de la feuille. Il peut être retiré et transféré sur d'autres surfaces sans nécessiter de couche de support polymère, ce qui est souvent nécessaire pour travailler avec des films de graphène monocouche.
En collaboration avec Alessandro Genovese, expert en microscopie électronique, l'équipe a obtenu des images de coupes transversales de NGF sur du nickel par microscopie électronique à transmission (MET). « L'observation de l'interface entre les films de graphite et la feuille de nickel est une avancée sans précédent et apportera des informations supplémentaires sur le mécanisme de croissance de ces films », a déclaré Costa.
L'épaisseur du NGF se situe entre celle des films de graphite micrométriques disponibles dans le commerce et celle du graphène monocouche. « Le NGF complète le graphène et les feuilles de graphite industriel, enrichissant ainsi l'arsenal des films de carbone stratifiés », a déclaré Costa. Par exemple, grâce à sa flexibilité, le NGF peut être utilisé pour la gestion thermique des téléphones portables flexibles qui commencent à apparaître sur le marché. « Comparé aux films de graphène, l'intégration du NGF sera moins coûteuse et plus stable », a-t-il ajouté.
Cependant, le NGF a de nombreuses utilisations au-delà de la dissipation thermique. Une caractéristique intéressante mise en évidence par les images TEM est que certaines parties du NGF ne sont constituées que de quelques couches de carbone. « Étonnamment, la présence de plusieurs couches de domaines de graphène assure un degré suffisant de transparence à la lumière visible dans tout le film », a déclaré Deoka. L'équipe de recherche a émis l'hypothèse que le NGF conducteur et translucide pourrait être utilisé comme composant de cellules solaires ou comme matériau de détection pour le dioxyde d'azote gazeux. « Nous prévoyons d'intégrer le NGF dans des dispositifs afin qu'il puisse agir comme un matériau actif multifonctionnel », a déclaré Costa.
Informations complémentaires : Gitanjali Deokar et al., Croissance rapide de films de graphite nanométriques sur des feuilles de nickel à l'échelle d'une plaquette et analyse structurale, Nanotechnology (2020). DOI : 10.1088/1361-6528/aba712
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Date de publication : 05/09/2024