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

नवीनतम स्मार्टफ़ोन में लगे शक्तिशाली इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को ठंडा रखना एक बड़ी चुनौती हो सकती है। किंग अब्दुल्ला विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों से ऊष्मा को दूर करने के लिए आदर्श कार्बन सामग्री बनाने की एक तेज़ और कारगर विधि विकसित की है। इस बहुमुखी सामग्री का उपयोग गैस सेंसर से लेकर सौर पैनलों तक अन्य क्षेत्रों में भी किया जा सकता है।
कई इलेक्ट्रॉनिक उपकरण इलेक्ट्रॉनिक घटकों द्वारा उत्पन्न ऊष्मा को संचालित और उत्सर्जित करने के लिए ग्रेफाइट फिल्मों का उपयोग करते हैं। हालांकि ग्रेफाइट कार्बन का एक प्राकृतिक रूप है, इलेक्ट्रॉनिक्स में तापीय प्रबंधन एक जटिल अनुप्रयोग है और अक्सर उच्च गुणवत्ता वाली माइक्रोन-मोटी ग्रेफाइट फिल्मों के उपयोग पर निर्भर करता है। "हालांकि, पॉलिमर को कच्चे माल के रूप में उपयोग करके इन ग्रेफाइट फिल्मों को बनाने की विधि जटिल और ऊर्जा-गहन है," पेड्रो कोस्टा की प्रयोगशाला में पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता गीतांजलि देवकर बताती हैं, जिन्होंने इस शोध का नेतृत्व किया। 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।
देओकर, 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 फॉयल पर नैनोमीटर मोटी ग्रेफाइट फिल्म (एनजीएफ) उगाने के लिए रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) नामक तकनीक का उपयोग किया, जहां निकल अपनी सतह पर गर्म मीथेन को ग्रेफाइट में परिवर्तित करने में उत्प्रेरक का काम करता है। देओकर ने कहा, "हमने 900 डिग्री सेल्सियस के अभिक्रिया तापमान पर केवल 5 मिनट के सीवीडी विकास चरण में एनजीएफ प्राप्त कर लिया।"
NGF 55 cm² क्षेत्रफल तक की चादरों में विकसित हो सकता है और पन्नी के दोनों ओर फैल सकता है। इसे पॉलीमर सपोर्ट लेयर की आवश्यकता के बिना हटाया और अन्य सतहों पर स्थानांतरित किया जा सकता है, जो कि सिंगल-लेयर ग्राफीन फिल्मों के साथ काम करते समय एक सामान्य आवश्यकता होती है।
इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी विशेषज्ञ एलेसेंड्रो जेनोवेस के साथ काम करते हुए, टीम ने निकल पर एनजीएफ के क्रॉस-सेक्शन की ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (टीईएम) छवियां प्राप्त कीं। कोस्टा ने कहा, "ग्रेफाइट फिल्मों और निकल पन्नी के बीच इंटरफ़ेस का अवलोकन एक अभूतपूर्व उपलब्धि है और इन फिल्मों के विकास तंत्र में अतिरिक्त अंतर्दृष्टि प्रदान करेगा।"
NGF की मोटाई व्यावसायिक रूप से उपलब्ध माइक्रोन-मोटी ग्रेफाइट फिल्मों और एकल-परत ग्राफीन के बीच आती है। कोस्टा ने कहा, "NGF, ग्राफीन और औद्योगिक ग्रेफाइट शीट का पूरक है, जिससे परतदार कार्बन फिल्मों के भंडार में इजाफा होता है।" उदाहरण के लिए, अपनी लचीलता के कारण, NGF का उपयोग लचीले मोबाइल फोन में थर्मल प्रबंधन के लिए किया जा सकता है, जो अब बाजार में आने लगे हैं। उन्होंने आगे कहा, "ग्राफीन फिल्मों की तुलना में, NGF का एकीकरण सस्ता और अधिक स्थिर होगा।"
हालांकि, ऊष्मा अपव्यय के अलावा भी NGF के कई उपयोग हैं। TEM छवियों में उजागर की गई एक दिलचस्प विशेषता यह है कि NGF के कुछ हिस्से केवल कार्बन की कुछ परतों जितने मोटे हैं। देवका ने कहा, "उल्लेखनीय रूप से, ग्रेफीन डोमेन की कई परतों की उपस्थिति पूरी फिल्म में दृश्य प्रकाश की पर्याप्त पारदर्शिता सुनिश्चित करती है।" शोध दल ने परिकल्पना की कि प्रवाहकीय, पारभासी NGF का उपयोग सौर सेल 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 NGF को उपकरणों में एकीकृत करने की योजना बना रहे हैं ताकि यह एक बहुक्रियात्मक सक्रिय सामग्री के रूप में कार्य कर सके।"
अधिक जानकारी के लिए देखें: गीतांजलि देवकर एट अल., वेफर-स्केल निकल फॉयल पर नैनोमीटर-मोटी ग्रेफाइट फिल्मों का तीव्र विकास और उनका संरचनात्मक विश्लेषण, नैनोटेक्नोलॉजी (2020)। DOI: 10.1088/1361-6528/aba712
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