Het koelen van de krachtige elektronica in de nieuwste smartphones kan een enorme uitdaging zijn. Onderzoekers van de King Abdullah University of Science and Technology hebben een snelle en efficiënte methode ontwikkeld om koolstofmaterialen te creëren die ideaal zijn voor het afvoeren van warmte van elektronische apparaten. Dit veelzijdige materiaal kan ook andere toepassingen vinden, van gassensoren tot zonnepanelen.
Veel elektronische apparaten gebruiken grafietfilms om de warmte die door elektronische componenten wordt gegenereerd, te geleiden en af te voeren. Hoewel grafiet een natuurlijke vorm van koolstof is, is thermisch beheer in elektronica een veeleisende toepassing en hangt het vaak af van het gebruik van hoogwaardige microndikke grafietfilms. "De methode om deze grafietfilms te maken met polymeren als grondstof is echter complex en energie-intensief", legt Gitanjali Deokar uit, een postdoc in het laboratorium van Pedro Costa die het onderzoek leidde. De films worden vervaardigd via een meerstappenproces dat temperaturen tot 3200 graden Celsius vereist en geen films kan produceren die dunner zijn dan enkele micrometers.
Deokar, Costa en hun collega's hebben een snelle en energiezuinige methode ontwikkeld om grafietplaten van ongeveer 100 nanometer dik te maken. Het team gebruikte een techniek genaamd chemische dampdepositie (CVD) om nanometerdikke grafietfilms (NGF's) te laten groeien op nikkelfolie, waarbij het nikkel de omzetting van heet methaan in grafiet op het oppervlak katalyseert. "We bereikten NGF in slechts een CVD-groeistap van 5 minuten bij een reactietemperatuur van 900 graden Celsius", aldus Deokar.
NGF kan uitgroeien tot lagen tot 55 cm² groot en aan beide zijden van de folie groeien. Het kan worden verwijderd en overgebracht naar andere oppervlakken zonder dat een polymeerdragerlaag nodig is, wat een gebruikelijke vereiste is bij het werken met enkellaagse grafeenfilms.
In samenwerking met elektronenmicroscopie-expert Alessandro Genovese verkreeg het team transmissie-elektronenmicroscopie (TEM)-beelden van dwarsdoorsneden van NGF op nikkel. "Het observeren van de interface tussen grafietfilms en nikkelfolie is een ongekende prestatie en zal extra inzicht verschaffen in het groeimechanisme van deze films", aldus Costa.
De dikte van NGF ligt tussen die van commercieel verkrijgbare microndikke grafietfilms en enkellaags grafeen. "NGF vormt een aanvulling op grafeen en industriële grafietplaten en vormt een aanvulling op het arsenaal aan gelaagde koolstoffilms", aldus Costa. Door zijn flexibiliteit kan NGF bijvoorbeeld worden gebruikt voor thermisch beheer in flexibele mobiele telefoons die nu op de markt verschijnen. "Vergeleken met grafeenfilms zal de integratie van NGF goedkoper en stabieler zijn", voegde hij eraan toe.
NGF heeft echter nog veel meer toepassingen dan alleen warmteafvoer. Een interessant kenmerk dat in de TEM-beelden naar voren komt, is dat sommige delen van de NGF slechts enkele koolstoflagen dik zijn. "Opmerkelijk is dat de aanwezigheid van meerdere lagen grafeendomeinen zorgt voor voldoende transparantie van zichtbaar licht in de hele film", aldus Deoka. Het onderzoeksteam veronderstelde dat de geleidende, doorschijnende NGF gebruikt zou kunnen worden als onderdeel van zonnecellen of als sensormateriaal voor de detectie van stikstofdioxidegas. "We zijn van plan NGF in apparaten te integreren, zodat het kan fungeren als een multifunctioneel actief materiaal", aldus Costa.
Meer informatie: Gitanjali Deokar et al., Snelle groei van nanometerdikke grafietfilms op wafer-schaal nikkelfolie en hun structurele analyse, Nanotechnology (2020). DOI: 10.1088/1361-6528/aba712
Als u een typefout of onjuistheid tegenkomt, of als u een verzoek wilt indienen om de inhoud van deze pagina te bewerken, kunt u dit formulier gebruiken. Voor algemene vragen kunt u ons contactformulier gebruiken. Voor algemene feedback kunt u gebruikmaken van de onderstaande sectie voor openbare reacties (volg de instructies).
Uw mening is belangrijk voor ons. Vanwege het grote aantal berichten kunnen we echter geen gepersonaliseerd antwoord garanderen.
Uw e-mailadres wordt alleen gebruikt om de ontvangers te informeren die de e-mail hebben verzonden. Uw adres, noch het adres van de ontvanger, wordt voor andere doeleinden gebruikt. De informatie die u invoert, verschijnt in uw e-mail en wordt in geen enkele vorm door Phys.org opgeslagen.
Ontvang wekelijkse en/of dagelijkse updates in je inbox. Je kunt je op elk moment afmelden en we zullen je gegevens nooit met derden delen.
We maken onze content voor iedereen toegankelijk. Steun de missie van Science X met een premium account.
Plaatsingstijd: 05-09-2024