Chłodzenie wydajnych podzespołów elektronicznych w najnowszych smartfonach może stanowić nie lada wyzwanie. Naukowcy z Uniwersytetu Nauki i Technologii im. Króla Abdullaha opracowali szybką i wydajną metodę tworzenia materiałów węglowych, idealnych do odprowadzania ciepła z urządzeń elektronicznych. Ten wszechstronny materiał może znaleźć zastosowanie także w innych dziedzinach, od czujników gazu po panele słoneczne.
Wiele urządzeń elektronicznych wykorzystuje warstwy grafitowe do przewodzenia i odprowadzania ciepła generowanego przez podzespoły elektroniczne. Chociaż grafit jest naturalną formą węgla, zarządzanie temperaturą w elektronice jest wymagającym zadaniem i często wymaga stosowania wysokiej jakości warstw grafitowych o mikronowej grubości. „Jednak metoda wytwarzania tych warstw grafitowych z wykorzystaniem polimerów jako surowców jest złożona i energochłonna” – wyjaśnia Gitanjali Deokar, adiunkt w laboratorium Pedro Costy, która kierowała pracami. Warstwy powstają w wieloetapowym procesie, który wymaga temperatur do 3200 stopni Celsjusza i nie pozwala na uzyskanie warstw cieńszych niż kilka mikronów.
Deokar, Costa i ich współpracownicy opracowali szybką i energooszczędną metodę wytwarzania arkuszy grafitowych o grubości około 100 nanometrów. Zespół zastosował technikę zwaną chemicznym osadzaniem z fazy gazowej (CVD) do wytworzenia nanometrowej grubości warstw grafitu (NGF) na folii niklowej, gdzie nikiel katalizuje przemianę gorącego metanu w grafit na swojej powierzchni. „Uzyskaliśmy NGF w zaledwie 5-minutowym etapie CVD w temperaturze reakcji 900 stopni Celsjusza” – powiedział Deokar.
NGF może tworzyć arkusze o powierzchni do 55 cm² i rosnąć po obu stronach folii. Można go usunąć i przenieść na inne powierzchnie bez konieczności stosowania warstwy polimerowej, co jest częstym wymogiem w przypadku pracy z jednowarstwowymi foliami grafenowymi.
Współpracując z ekspertem w dziedzinie mikroskopii elektronowej, Alessandro Genovese, zespół uzyskał obrazy przekrojów poprzecznych NGF na niklu za pomocą transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM). „Obserwacja granicy faz między warstwami grafitu a folią niklową to bezprecedensowe osiągnięcie, które dostarczy dodatkowych informacji na temat mechanizmu wzrostu tych warstw” – powiedział Costa.
Grubość NGF mieści się pomiędzy dostępnymi komercyjnie mikronowymi warstwami grafitowymi a jednowarstwowym grafenem. „NGF uzupełnia grafen i przemysłowe arkusze grafitowe, rozszerzając arsenał warstwowych folii węglowych” – powiedział Costa. Na przykład, dzięki swojej elastyczności, NGF może być stosowany do odprowadzania ciepła w elastycznych telefonach komórkowych, które zaczynają pojawiać się na rynku. „W porównaniu z foliami grafenowymi, integracja NGF będzie tańsza i bardziej stabilna” – dodał.
Jednak NGF ma wiele zastosowań wykraczających poza rozpraszanie ciepła. Ciekawą cechą, którą uwydatniono na obrazach TEM, jest to, że niektóre części NGF mają grubość zaledwie kilku warstw węgla. „Co niezwykłe, obecność wielu warstw domen grafenowych zapewnia wystarczający stopień przejrzystości światła widzialnego w całej warstwie” – powiedział Deoka. Zespół badawczy postawił hipotezę, że przewodzący, półprzezroczysty NGF mógłby być wykorzystany jako element ogniw słonecznych lub jako materiał czujnikowy do wykrywania dwutlenku azotu. „Planujemy zintegrować NGF z urządzeniami, aby mógł działać jako wielofunkcyjny materiał aktywny” – powiedział Costa.
Więcej informacji: Gitanjali Deokar i in., Szybki wzrost warstw grafitu o grubości nanometrów na folii niklowej w skali wafla i ich analiza strukturalna, Nanotechnology (2020). DOI: 10.1088/1361-6528/aba712
Jeśli natkniesz się na literówkę, nieścisłość lub chcesz zgłosić prośbę o edycję treści na tej stronie, skorzystaj z tego formularza. W przypadku pytań ogólnych prosimy o skorzystanie z naszego formularza kontaktowego. Aby przesłać opinię, skorzystaj z sekcji komentarzy publicznych poniżej (postępuj zgodnie z instrukcjami).
Twoja opinia jest dla nas ważna. Jednak ze względu na dużą liczbę wiadomości nie możemy zagwarantować spersonalizowanej odpowiedzi.
Twój adres e-mail służy wyłącznie do poinformowania odbiorców o nadawcy wiadomości. Ani Twój adres, ani adres odbiorcy nie będą wykorzystywane do żadnych innych celów. Podane przez Ciebie informacje pojawią się w Twojej wiadomości e-mail i nie będą przechowywane przez Phys.org w żadnej formie.
Otrzymuj cotygodniowe i/lub codzienne aktualizacje w swojej skrzynce odbiorczej. Możesz zrezygnować z subskrypcji w dowolnym momencie, a my nigdy nie udostępnimy Twoich danych osobom trzecim.
Udostępniamy nasze treści każdemu. Rozważ wsparcie misji Science X za pomocą konta premium.
Czas publikacji: 05.09.2024