Folhas de grafite ajudam smartphones de nova geração a permanecerem frios

Resfriar os potentes componentes eletrônicos dos smartphones mais recentes pode ser um grande desafio. Pesquisadores da Universidade de Ciência e Tecnologia King Abdullah desenvolveram um método rápido e eficiente para criar materiais de carbono ideais para dissipar o calor de dispositivos eletrônicos. Esse material versátil pode encontrar outras aplicações, de sensores de gás a painéis solares.
Muitos dispositivos eletrônicos utilizam filmes de grafite para conduzir e dissipar o calor gerado por componentes eletrônicos. Embora o grafite seja uma forma natural de carbono, o gerenciamento térmico em eletrônica é uma aplicação exigente e frequentemente depende do uso de filmes de grafite de alta qualidade com espessura de µm. "No entanto, o método de fabricação desses filmes de grafite usando polímeros como matéria-prima é complexo e consome muita energia", explica Gitanjali Deokar, pós-doutoranda no laboratório de Pedro Costa, que liderou o trabalho. Os filmes são produzidos por meio de um processo de várias etapas que requer temperaturas de até 3.200 graus Celsius e não permite a produção de filmes com espessura inferior a alguns µm.
Deokar, Costa e seus colegas desenvolveram um método rápido e energeticamente eficiente para produzir folhas de grafite com cerca de 100 nanômetros de espessura. A equipe utilizou uma técnica chamada deposição química de vapor (CVD) para cultivar filmes de grafite (NGFs) com espessura nanométrica sobre uma folha de níquel, onde o níquel catalisa a conversão de metano quente em grafite em sua superfície. "Conseguimos NGF em apenas 5 minutos de crescimento por CVD a uma temperatura de reação de 900 graus Celsius", disse Deokar.
O NGF pode crescer em folhas de até 55 cm² de área e crescer em ambos os lados da folha. Pode ser removido e transferido para outras superfícies sem a necessidade de uma camada de suporte de polímero, o que é um requisito comum ao trabalhar com filmes de grafeno de camada única.
Trabalhando com o especialista em microscopia eletrônica Alessandro Genovese, a equipe obteve imagens de microscopia eletrônica de transmissão (MET) de seções transversais de NGF em níquel. "Observar a interface entre filmes de grafite e folhas de níquel é uma conquista sem precedentes e fornecerá insights adicionais sobre o mecanismo de crescimento desses filmes", disse Costa.
A espessura do NGF situa-se entre os filmes de grafite com espessura de µm disponíveis comercialmente e o grafeno de camada única. "O NGF complementa o grafeno e as folhas de grafite industrial, somando-se ao arsenal de filmes de carbono em camadas", disse Costa. Por exemplo, devido à sua flexibilidade, o NGF pode ser usado para gerenciamento térmico em celulares flexíveis que estão começando a aparecer no mercado. "Comparado aos filmes de grafeno, a integração do NGF será mais barata e estável", acrescentou.
No entanto, o NGF tem muitas utilidades além da dissipação de calor. Uma característica interessante destacada nas imagens de TEM é que algumas partes do NGF têm apenas algumas camadas de carbono de espessura. "Notavelmente, a presença de múltiplas camadas de domínios de grafeno garante um grau suficiente de transparência à luz visível em todo o filme", disse Deoka. A equipe de pesquisa levantou a hipótese de que o NGF condutor e translúcido poderia ser usado como componente de células solares ou como material sensor para detectar gás dióxido de nitrogênio. "Planejamos integrar o NGF em dispositivos para que ele possa atuar como um material ativo multifuncional", disse Costa.
Mais informações: Gitanjali Deokar et al., Crescimento rápido de filmes de grafite com espessura nanométrica em folhas de níquel em escala de wafer e sua análise estrutural, Nanotechnology (2020). DOI: 10.1088/1361-6528/aba712
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Horário da publicação: 05/09/2024