Het koelen van de krachtige elektronica in de nieuwste smartphones kan een grote uitdaging zijn. Onderzoekers van de King Abdullah University of Science and Technology hebben een snelle en efficiënte methode ontwikkeld voor het maken van koolstofmaterialen die ideaal zijn voor het afvoeren van warmte uit elektronische apparaten. Dit veelzijdige materiaal kan ook voor andere toepassingen worden gebruikt, 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 is het vaak afhankelijk van het gebruik van hoogwaardige, micron-dikke grafietfilms. "De methode om deze grafietfilms te maken met polymeren als grondstoffen is echter complex en energie-intensief", legt Gitanjali Deokar uit, een postdoc in het lab van Pedro Costa die het onderzoek leidde. De films worden gemaakt via een meerstappenproces dat temperaturen tot 3200 graden Celsius vereist en waarbij geen films dunner dan een paar micron kunnen worden geproduceerd.
Deokar, Costa en hun collega's hebben een snelle en energiezuinige methode ontwikkeld voor het maken van grafietplaten met een dikte van ongeveer 100 nanometer. Het team gebruikte een techniek genaamd chemische dampafzetting (CVD) om nanometerdikke grafietfilms (NGF's) te laten groeien op nikkelfolie, waarbij het nikkel de omzetting van heet methaan in grafiet op zijn 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 vellen met een oppervlakte tot 55 cm² en aan beide zijden van de folie groeien. Het kan worden verwijderd en overgebracht naar andere oppervlakken zonder dat een polymeerondersteuningslaag nodig is, wat vaak wel vereist is bij het werken met enkellaags 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 aanvullende inzichten verschaffen in het groeimechanisme van deze films", aldus Costa.
De dikte van NGF ligt tussen die van commercieel verkrijgbare micron-dikke grafietfilms en enkellaags grafeen. "NGF vormt een aanvulling op grafeen en industriële grafietplaten en breidt het arsenaal aan gelaagde koolstoffilms uit", aldus Costa. Dankzij de 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 veel meer toepassingen dan alleen warmteafvoer. Een interessant kenmerk dat in de TEM-afbeeldingen 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 een voldoende mate van transparantie voor 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 het detecteren van stikstofdioxidegas. "We zijn van plan NGF in apparaten te integreren, zodat het kan fungeren als een multifunctioneel actief materiaal", zei Costa.
Meer informatie: Gitanjali Deokar et al., Snelle groei van nanometerdikke grafietfilms op nikkelfolie op waferformaat 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, gebruik dan dit formulier. Voor algemene vragen kunt u ons contactformulier gebruiken. Voor algemene feedback kunt u het gedeelte voor openbare reacties hieronder gebruiken (volg de instructies).
Uw mening is belangrijk voor ons. Vanwege het grote aantal berichten kunnen we echter geen persoonlijk antwoord garanderen.
Uw e-mailadres wordt alleen gebruikt om de ontvanger te laten weten wie de e-mail heeft verzonden. Noch 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 door Phys.org op geen enkele manier 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.
Wij maken onze content toegankelijk voor iedereen. Overweeg om de missie van Science X te steunen met een premium account.
Geplaatst op: 05-09-2024