Raffreddare i potenti componenti elettronici degli smartphone più recenti può essere una sfida impegnativa. I ricercatori della King Abdullah University of Science and Technology hanno sviluppato un metodo rapido ed efficiente per creare materiali in carbonio ideali per dissipare il calore dai dispositivi elettronici. Questo materiale versatile può trovare altre applicazioni, dai sensori di gas ai pannelli solari.
Molti dispositivi elettronici utilizzano film di grafite per condurre e dissipare il calore generato dai componenti elettronici. Sebbene la grafite sia una forma naturale di carbonio, la gestione termica in elettronica è un'applicazione complessa e spesso dipende dall'utilizzo di film di grafite di alta qualità con spessori micrometrici. "Tuttavia, il metodo per realizzare questi film di grafite utilizzando polimeri come materie prime è complesso e richiede un elevato consumo energetico", spiega Gitanjali Deokar, ricercatore postdoc nel laboratorio di Pedro Costa che ha guidato il lavoro. I film vengono realizzati attraverso un processo in più fasi che richiede temperature fino a 3.200 gradi Celsius e non può produrre film più sottili di pochi micron.
Deokar, Costa e i loro colleghi hanno sviluppato un metodo rapido ed efficiente dal punto di vista energetico per produrre fogli di grafite di circa 100 nanometri di spessore. Il team ha utilizzato una tecnica chiamata deposizione chimica da vapore (CVD) per far crescere film di grafite (NGF) di spessore nanometrico su fogli di nichel, dove il nichel catalizza la conversione del metano caldo in grafite sulla sua superficie. "Abbiamo ottenuto l'NGF in soli 5 minuti di crescita CVD a una temperatura di reazione di 900 gradi Celsius", ha affermato Deokar.
L'NGF può crescere in fogli fino a 55 cm² di superficie e crescere su entrambi i lati del foglio. Può essere rimosso e trasferito su altre superfici senza la necessità di uno strato di supporto polimerico, requisito comune quando si lavora con film di grafene monostrato.
In collaborazione con l'esperto di microscopia elettronica Alessandro Genovese, il team ha ottenuto immagini di microscopia elettronica a trasmissione (TEM) di sezioni trasversali di NGF su nichel. "Osservare l'interfaccia tra film di grafite e lamina di nichel è un risultato senza precedenti e fornirà ulteriori approfondimenti sul meccanismo di crescita di questi film", ha affermato Costa.
Lo spessore dell'NGF si colloca tra i film di grafite di spessore micrometrico disponibili in commercio e il grafene monostrato. "L'NGF integra il grafene e i fogli di grafite industriale, ampliando l'arsenale dei film di carbonio stratificati", ha affermato Costa. Ad esempio, grazie alla sua flessibilità, l'NGF può essere utilizzato per la gestione termica nei telefoni cellulari flessibili che stanno iniziando ad apparire sul mercato. "Rispetto ai film di grafene, l'integrazione dell'NGF sarà più economica e stabile", ha aggiunto.
Tuttavia, l'NGF ha molti usi oltre alla dissipazione del calore. Una caratteristica interessante evidenziata nelle immagini TEM è che alcune parti dell'NGF presentano uno spessore di soli pochi strati di carbonio. "Sorprendentemente, la presenza di più strati di domini di grafene garantisce un grado sufficiente di trasparenza alla luce visibile in tutto il film", ha affermato Deoka. Il team di ricerca ha ipotizzato che l'NGF conduttivo e traslucido potesse essere utilizzato come componente di celle solari o come materiale di rilevamento per il rilevamento del biossido di azoto gassoso. "Prevediamo di integrare l'NGF nei dispositivi in modo che possa fungere da materiale attivo multifunzionale", ha affermato Costa.
Ulteriori informazioni: Gitanjali Deokar et al., Crescita rapida di film di grafite di spessore nanometrico su fogli di nichel su scala di wafer e loro analisi strutturale, Nanotechnology (2020). DOI: 10.1088/1361-6528/aba712
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Data di pubblicazione: 05/09/2024