ग्रेफाइट शीट नई पीढ़ी के स्मार्टफोन को ठंडा रखने में मदद करती हैं

नवीनतम स्मार्टफ़ोन में शक्तिशाली इलेक्ट्रॉनिक्स को ठंडा रखना एक बड़ी चुनौती हो सकती है। किंग अब्दुल्ला विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों से ऊष्मा को नष्ट करने के लिए आदर्श कार्बन पदार्थ बनाने की एक तेज़ और कुशल विधि विकसित की है। इस बहुमुखी पदार्थ का उपयोग गैस सेंसर से लेकर सौर पैनलों तक, अन्य अनुप्रयोगों में भी किया जा सकता है।
कई इलेक्ट्रॉनिक उपकरण इलेक्ट्रॉनिक घटकों द्वारा उत्पन्न ऊष्मा के संचालन और अपव्यय के लिए ग्रेफाइट फिल्मों का उपयोग करते हैं। हालाँकि ग्रेफाइट कार्बन का एक प्राकृतिक रूप है, इलेक्ट्रॉनिक्स में ताप प्रबंधन एक चुनौतीपूर्ण कार्य है और अक्सर उच्च-गुणवत्ता वाली माइक्रोन-मोटी ग्रेफाइट फिल्मों के उपयोग पर निर्भर करता है। पेड्रो कोस्टा की प्रयोगशाला में पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता और इस कार्य का नेतृत्व करने वाली गीतांजलि देवकर बताती हैं, "हालांकि, पॉलिमर को कच्चे माल के रूप में इस्तेमाल करके इन ग्रेफाइट फिल्मों को बनाने की विधि जटिल और ऊर्जा-गहन है।" ये फिल्में एक बहु-चरणीय प्रक्रिया के माध्यम से बनाई जाती हैं जिसके लिए 3,200 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान की आवश्यकता होती है और कुछ माइक्रोन से पतली फिल्में नहीं बनाई जा सकतीं।
देवकर, कोस्टा और उनके सहयोगियों ने लगभग 100 नैनोमीटर मोटी ग्रेफाइट शीट बनाने की एक तेज़ और ऊर्जा-कुशल विधि विकसित की है। टीम ने निकल फ़ॉइल पर नैनोमीटर-मोटी ग्रेफाइट फ़िल्में (एनजीएफ) बनाने के लिए रासायनिक वाष्प निक्षेपण (सीवीडी) नामक तकनीक का इस्तेमाल किया, जहाँ निकल अपनी सतह पर गर्म मीथेन को ग्रेफाइट में बदलने में उत्प्रेरक का काम करता है। देवकर ने कहा, "हमने 900 डिग्री सेल्सियस के अभिक्रिया तापमान पर केवल 5 मिनट के सीवीडी विकास चरण में एनजीएफ हासिल किया।"
एनजीएफ 55 वर्ग सेमी तक के क्षेत्रफल वाली चादरों में विकसित हो सकता है और पन्नी के दोनों ओर उग सकता है। इसे पॉलिमर सपोर्ट परत की आवश्यकता के बिना हटाया और अन्य सतहों पर स्थानांतरित किया जा सकता है, जो एकल-परत ग्राफीन फिल्मों के साथ काम करते समय एक सामान्य आवश्यकता है।
इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी विशेषज्ञ एलेसेंड्रो जेनोवेस के साथ मिलकर, टीम ने निकल पर एनजीएफ के अनुप्रस्थ काटों की ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (टीईएम) छवियां प्राप्त कीं। कोस्टा ने कहा, "ग्रेफाइट फिल्मों और निकल पन्नी के बीच इंटरफेस का अवलोकन एक अभूतपूर्व उपलब्धि है और इससे इन फिल्मों के विकास तंत्र के बारे में अतिरिक्त जानकारी मिलेगी।"
एनजीएफ की मोटाई व्यावसायिक रूप से उपलब्ध माइक्रोन-मोटी ग्रेफाइट फिल्मों और एकल-परत ग्रेफीन के बीच आती है। कोस्टा ने कहा, "एनजीएफ ग्रेफीन और औद्योगिक ग्रेफाइट शीट का पूरक है, और परतदार कार्बन फिल्मों के शस्त्रागार में इज़ाफ़ा करता है।" उदाहरण के लिए, अपने लचीलेपन के कारण, एनजीएफ का उपयोग लचीले मोबाइल फोन में ताप प्रबंधन के लिए किया जा सकता है, जो अब बाजार में आने लगे हैं। उन्होंने आगे कहा, "ग्रेफीन फिल्मों की तुलना में, एनजीएफ का एकीकरण सस्ता और अधिक स्थिर होगा।"
हालाँकि, ऊष्मा अपव्यय के अलावा भी एनजीएफ के कई उपयोग हैं। टीईएम छवियों में उजागर एक दिलचस्प विशेषता यह है कि एनजीएफ के कुछ हिस्से कार्बन की केवल कुछ परतों जितने मोटे हैं। "उल्लेखनीय रूप से, ग्राफीन डोमेन की कई परतों की उपस्थिति पूरी फिल्म में दृश्य प्रकाश की पर्याप्त पारदर्शिता सुनिश्चित करती है," देवका ने कहा। शोध दल ने परिकल्पना की कि चालक, पारभासी एनजीएफ का उपयोग सौर कोशिकाओं के एक घटक के रूप में या नाइट्रोजन डाइऑक्साइड गैस का पता लगाने के लिए एक संवेदन सामग्री के रूप में किया जा सकता है। कोस्टा ने कहा, "हम एनजीएफ को उपकरणों में एकीकृत करने की योजना बना रहे हैं ताकि यह एक बहुक्रियाशील सक्रिय सामग्री के रूप में कार्य कर सके।"
अधिक जानकारी: गीतांजलि देवकर एट अल., वेफर-स्केल निकल फ़ॉइल पर नैनोमीटर-मोटी ग्रेफाइट फ़िल्मों का तीव्र विकास और उनका संरचनात्मक विश्लेषण, नैनोटेक्नोलॉजी (2020)। DOI: 10.1088/1361-6528/aba712
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