יריעות גרפיט עוזרות לסמארטפונים מהדור החדש להישאר קרירות

קירור האלקטרוניקה רבי העוצמה בסמארטפונים החדישים ביותר יכול להיות אתגר גדול. חוקרים באוניברסיטת המלך עבדאללה למדע וטכנולוגיה פיתחו שיטה מהירה ויעילה ליצירת חומרי פחמן אידיאליים לפיזור חום ממכשירים אלקטרוניים. חומר רב-תכליתי זה יכול למצוא יישומים נוספים, החל מחיישני גז ועד פאנלים סולאריים.
מכשירים אלקטרוניים רבים משתמשים בסרטי גרפיט כדי להוליך ולפזר את החום הנוצר על ידי רכיבים אלקטרוניים. למרות שגרפיט הוא צורה טבעית של פחמן, ניהול תרמי באלקטרוניקה הוא יישום תובעני ולעתים קרובות תלוי בשימוש בסרטי גרפיט באיכות גבוהה בעובי מיקרון. "עם זאת, שיטת ייצור סרטי הגרפיט הללו באמצעות פולימרים כחומרי גלם היא מורכבת ועתירת אנרגיה", מסביר גיטנג'אלי דאוקאר, פוסט-דוקטורנט במעבדה של פדרו קוסטה שהוביל את העבודה. הסרטים מיוצרים בתהליך רב-שלבי הדורש טמפרטורות של עד 3,200 מעלות צלזיוס ואינו יכול לייצר סרטים דקים יותר מכמה מיקרונים.
דאוקאר, קוסטה ועמיתיהם פיתחו שיטה מהירה ויעילה באנרגיה לייצור יריעות גרפיט בעובי של כ-100 ננומטר. הצוות השתמש בטכניקה הנקראת שקיעת אדים כימית (CVD) כדי לגדל שכבות גרפיט בעובי ננומטר (NGFs) על נייר כסף ניקל, שבו הניקל מזרז את ההמרה של מתאן חם לגרפיט על פני השטח שלו. "השגנו NGF בשלב גידול CVD של 5 דקות בלבד בטמפרטורת תגובה של 900 מעלות צלזיוס", אמר דאוקאר.
NGF יכול לגדול ליריעות בשטח של עד 55 סמ"ר ולגדול משני צידי נייר הכסף. ניתן להסירו ולהעבירו למשטחים אחרים ללא צורך בשכבת תמיכה פולימרית, שהיא דרישה נפוצה בעבודה עם סרטי גרפן חד-שכבתיים.
בשיתוף פעולה עם מומחה למיקרוסקופיית אלקטרונים, אלסנדרו ג'נובזה, הצוות השיג תמונות של חתכים של NGF על גבי ניקל באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים חודר (TEM). "התבוננות בממשק בין סרטי גרפיט לפאונד ניקל היא הישג חסר תקדים ותספק תובנות נוספות לגבי מנגנון הגדילה של סרטים אלה", אמר קוסטה.
עובי ה-NGF נופל בין סרטי גרפיט בעובי מיקרון הזמינות מסחרית לבין גרפן חד-שכבתי. "NGF משלים את יריעות הגרפן והגרפיט התעשייתי, ומוסיף למאגר סרטי הפחמן השכבתיים", אמר קוסטה. לדוגמה, בשל גמישותו, ניתן להשתמש ב-NGF לניהול תרמי בטלפונים ניידים גמישים שמתחילים להופיע כעת בשוק. "בהשוואה לסרטי גרפן, שילוב ה-NGF יהיה זול ויציב יותר", הוסיף.
עם זאת, ל-NGF שימושים רבים מעבר לפיזור חום. מאפיין מעניין שמודגש בתמונות ה-TEM הוא שחלקים מסוימים של ה-NGF הם בעובי של כמה שכבות פחמן בלבד. "באופן יוצא דופן, נוכחותן של שכבות מרובות של דומייני גרפן מבטיחה רמה מספקת של שקיפות אור נראה לאורך כל הסרט", אמר דאוקה. צוות המחקר שיער כי ה-NGF המוליך והשקוף יכול לשמש כמרכיב של תאים סולאריים או כחומר חישה לגילוי גז חנקן דו-חמצני. "אנו מתכננים לשלב NGF במכשירים כך שיוכל לפעול כחומר פעיל רב-תכליתי", אמר קוסטה.
מידע נוסף: גיטנג'אלי דאוקאר ואחרים, צמיחה מהירה של סרטי גרפיט בעובי ננומטרי על נייר כסף ניקל בקנה מידה של פרוסה וניתוח מבני שלהם, ננוטכנולוגיה (2020). DOI: 10.1088/1361-6528/aba712
אם נתקלתם בשגיאת כתיב, אי דיוק, או ברצונכם להגיש בקשה לעריכת תוכן בדף זה, אנא השתמשו בטופס זה. לשאלות כלליות, אנא השתמשו בטופס יצירת הקשר שלנו. לקבלת משוב כללי, השתמשו בקטע התגובות הציבוריות למטה (פעל לפי ההוראות).
דעתך חשובה לנו. עם זאת, עקב כמות ההודעות הגבוהה, איננו יכולים להבטיח מענה אישי.
כתובת הדוא"ל שלך משמשת רק כדי ליידע את הנמענים מי שלח את הדוא"ל. לא הכתובת שלך ולא כתובת הנמען ישמשו לכל מטרה אחרת. המידע שתזין יופיע בדוא"ל שלך ולא יישמר על ידי Phys.org בשום צורה שהיא.
קבלו עדכונים שבועיים ו/או יומיים לתיבת הדואר הנכנס שלכם. באפשרותכם לבטל את המנוי בכל עת ולעולם לא נשתף את פרטיכם עם צדדים שלישיים.
אנו הופכים את התוכן שלנו לנגיש לכולם. שקלו לתמוך במשימה של Science X באמצעות חשבון פרימיום.