Å kjøle ned den kraftige elektronikken i de nyeste smarttelefonene kan være en stor utfordring. Forskere ved King Abdullah University of Science and Technology har utviklet en rask og effektiv metode for å lage karbonmaterialer som er ideelle for å avlede varme fra elektroniske enheter. Dette allsidige materialet kan finne andre bruksområder, fra gassensorer til solcellepaneler.
Mange elektroniske enheter bruker grafittfilmer for å lede og avlede varmen som genereres av elektroniske komponenter. Selv om grafitt er en naturlig form for karbon, er termisk håndtering i elektronikk en krevende applikasjon og avhenger ofte av bruk av mikrontykke grafittfilmer av høy kvalitet. «Metoden for å lage disse grafittfilmene ved hjelp av polymerer som råmaterialer er imidlertid kompleks og energikrevende», forklarer Gitanjali Deokar, en postdoktor i Pedro Costas laboratorium som ledet arbeidet. Filmene lages gjennom en flertrinnsprosess som krever temperaturer opptil 3200 grader Celsius og kan ikke produsere filmer tynnere enn noen få mikrometer.
Deokar, Costa og kollegene deres har utviklet en rask og energieffektiv metode for å lage grafittark som er omtrent 100 nanometer tykke. Teamet brukte en teknikk som kalles kjemisk dampavsetning (CVD) for å dyrke nanometertykke grafittfilmer (NGF-er) på nikkelfolie, der nikkelet katalyserer omdannelsen av varm metan til grafitt på overflaten. «Vi oppnådde NGF på bare et 5-minutters CVD-veksttrinn ved en reaksjonstemperatur på 900 grader Celsius», sa Deokar.
NGF kan vokse til ark på opptil 55 cm2 i areal og vokse på begge sider av folien. Den kan fjernes og overføres til andre overflater uten behov for et polymerstøttelag, noe som er et vanlig krav når man arbeider med enkeltlags grafenfilmer.
I samarbeid med elektronmikroskopiekspert Alessandro Genovese, innhentet teamet transmisjonselektronmikroskopi (TEM)-bilder av tverrsnitt av NGF på nikkel. «Å observere grensesnittet mellom grafittfilmer og nikkelfolie er en enestående prestasjon og vil gi ytterligere innsikt i vekstmekanismen til disse filmene», sa Costa.
Tykkelsen på NGF ligger mellom kommersielt tilgjengelige mikrontykke grafittfilmer og enkeltlags grafen. «NGF utfyller grafen og industrielle grafittark, og legger til arsenalet av lagdelte karbonfilmer», sa Costa. For eksempel, på grunn av sin fleksibilitet, kan NGF brukes til termisk styring i fleksible mobiltelefoner som nå begynner å dukke opp på markedet. «Sammenlignet med grafenfilmer vil integreringen av NGF være billigere og mer stabil», la han til.
NGF har imidlertid mange bruksområder utover varmespredning. En interessant egenskap som fremheves i TEM-bildene er at noen deler av NGF bare er noen få lag med karbon tykke. «Bemerkelsesverdig nok sikrer tilstedeværelsen av flere lag med grafendomener en tilstrekkelig grad av synlig lysgjennomsiktighet gjennom hele filmen», sa Deoka. Forskerteamet antok at den ledende, gjennomskinnelige NGF-en kunne brukes som en komponent i solceller eller som et sensormateriale for å detektere nitrogendioksidgass. «Vi planlegger å integrere NGF i enheter slik at den kan fungere som et multifunksjonelt aktivt materiale», sa Costa.
Ytterligere informasjon: Gitanjali Deokar et al., Rask vekst av nanometertykke grafittfilmer på nikkelfolie i waferskala og deres strukturanalyse, Nanotechnology (2020). DOI: 10.1088/1361-6528/aba712
Hvis du støter på en skrivefeil, unøyaktighet eller ønsker å sende inn en forespørsel om å redigere innhold på denne siden, kan du bruke dette skjemaet. For generelle spørsmål kan du bruke kontaktskjemaet vårt. For generell tilbakemelding kan du bruke kommentarfeltet nedenfor (følg instruksjonene).
Din mening er viktig for oss. På grunn av det store antallet meldinger kan vi imidlertid ikke garantere et personlig svar.
E-postadressen din brukes kun til å fortelle mottakerne hvem som sendte e-posten. Verken din adresse eller mottakerens adresse vil bli brukt til noe annet formål. Informasjonen du oppgir vil vises i e-posten din og vil ikke bli lagret av Phys.org i noen form.
Motta ukentlige og/eller daglige oppdateringer i innboksen din. Du kan når som helst melde deg av, og vi vil aldri dele opplysningene dine med tredjeparter.
Vi gjør innholdet vårt tilgjengelig for alle. Vurder å støtte Science X sitt oppdrag med en premiumkonto.
Publisert: 05.09.2024