最新のスマートフォンで強力な電子機器を冷却することは、大きな課題になる可能性があります。キングアブドラ科学技術大学の研究者は、電子機器から熱を放散するのに最適な炭素材料を作成するための迅速かつ効率的な方法を開発しました。この汎用性の高い材料は、ガスセンサーからソーラーパネルまで、他のアプリケーションを見つけることができます。
多くの電子デバイスは、グラファイトフィルムを使用して、電子部品によって生成された熱を伝導して消散します。グラファイトは炭素の自然な形態ですが、エレクトロニクスの熱管理は厳しい用途であり、多くの場合、高品質のミクロン厚のグラファイトフィルムの使用に依存します。 「しかし、これらのグラファイトフィルムをポリマーを原材料として使用して作成する方法は、複雑でエネルギー集約的です」と、作品を率いたペドロコスタのラボのポスドクであるギタンジャリ・デオカルは説明します。フィルムは、摂氏最大3,200度までの温度を必要とし、数ミクロンよりも薄いフィルムを生産することができないマルチステッププロセスを通じて作られています。
Deokar、Costa、およびその同僚は、厚さ約100ナノメートルを作るための高速でエネルギー効率の高い方法を開発しました。チームは、化学蒸気堆積（CVD）と呼ばれる技術を使用して、ニッケル箔でナノメートル厚のグラファイトフィルム（NGF）を栽培し、ニッケルがその表面のグラファイトへのホットメタンの変換を触媒します。 「摂氏900度の反応温度でわずか5分間のCVD成長ステップでNGFを達成しました」とDeokar氏は言います。
NGFは、面積で最大55 cm2のシートに成長し、ホイルの両側で成長することができます。ポリマーサポート層を必要とせずに削除して他の表面に転送することができます。これは、単一層グラフェンフィルムを操作する際の一般的な要件です。
電子顕微鏡検査の専門家Alessandro Genoveseと協力して、チームはニッケル上のNGFの断面の透過型電子顕微鏡（TEM）画像を取得しました。 「グラファイトフィルムとニッケルホイルの間の界面を観察することは、前例のない成果であり、これらのフィルムの成長メカニズムに関する追加の洞察を提供します」とコスタは言いました。
NGFの厚さは、市販のミクロン厚のグラファイトフィルムと単層グラフェンの間にあります。 「NGFはグラフェンと産業のグラファイトシートを補完し、階層化されたカーボンフィルムの武器に追加されます」とコスタは言いました。たとえば、柔軟性のため、NGFは、現在市場に登場し始めている柔軟な携帯電話の熱管理に使用できます。 「グラフェンフィルムと比較して、NGFの統合はより安く、より安定します」と彼は付け加えました。
ただし、NGFには熱散逸を超えた多くの用途があります。 TEM画像で強調されている興味深い機能は、NGFの一部が厚い炭素の層に過ぎないことです。 「驚くべきことに、グラフェンドメインの複数の層が存在すると、映画全体で十分な程度の可視光透明性が保証されます」とDeoka氏は言います。研究チームは、導電性で半透明のNGFを太陽電池の成分として、または二酸化窒素ガスを検出するための感知材料として使用できると仮定しました。 「NGFをデバイスに統合して、多機能のアクティブ材料として機能できるようにする予定です」とCosta氏は述べています。
詳細：Gitanjali Deokar et al。、ウェーハスケールのニッケルホイルとその構造分析、ナノテクノロジー（2020）に関するナノメートル厚のグラファイトフィルムの急速な成長。 doi：10.1088/1361-6528/aba712
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投稿時間：Sep-05-2024