Resfriar os poderosos eletrônicos nos mais recentes smartphones 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, desde sensores de gás a painéis solares.
Muitos dispositivos eletrônicos usam filmes de grafite para conduzir e dissipar o calor gerado por componentes eletrônicos. Embora a grafite seja uma forma natural de carbono, o gerenciamento térmico em eletrônicos é uma aplicação exigente e geralmente depende do uso de filmes de grafite de espessura de mícron de alta qualidade. "No entanto, o método de fazer esses filmes de grafite usando polímeros como matérias-primas é complexo e intensivo em energia", explica Gitanjali Deokar, um pós-doutorado no laboratório de Pedro Costa que liderou o trabalho. Os filmes são feitos através de um processo de várias etapas que requer temperaturas de até 3.200 graus Celsius e não podem produzir filmes mais finos do que alguns mícrons.
Deokar, Costa e seus colegas desenvolveram um método rápido e eficiente em termos de energia para tornar as folhas de grafite com cerca de 100 nanômetros de espessura. A equipe usou uma técnica chamada deposição de vapor químico (CVD) para cultivar filmes de grafite nanométricos-espessos (NGFs) em folha de níquel, onde o níquel catalisa a conversão de metano quente em grafite em sua superfície. "Conseguimos o NGF em apenas uma etapa de crescimento de CVD de 5 minutos a uma temperatura de reação de 900 graus Celsius", disse Deokar.
O NGF pode crescer em folhas de até 55 cm2 na área e crescer nos dois lados da folha. Ele pode ser removido e transferido para outras superfícies sem a necessidade de uma camada de suporte de polímero, 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 (TEM) de seções transversais de NGF no níquel. "Observar a interface entre filmes de grafite e folha de níquel é uma conquista sem precedentes e fornecerá informações adicionais sobre o mecanismo de crescimento desses filmes", disse Costa.
A espessura do NGF cai entre filmes de grafite de micron-espessura disponíveis no mercado e grafeno de camada única. "A NGF complementa folhas de grafite de grafeno e industrial, aumentando o arsenal de filmes de carbono em camadas", disse Costa. Por exemplo, devido à sua flexibilidade, o NGF pode ser usado para gerenciamento térmico em telefones celulares flexíveis que agora estão começando a aparecer no mercado. "Comparado aos filmes de grafeno, a integração do NGF será mais barata e mais estável", acrescentou.
No entanto, o NGF tem muitos usos além da dissipação de calor. Uma característica interessante destacada nas imagens TEM é que algumas partes do NGF são apenas algumas camadas de carbono espessura. "Notavelmente, a presença de múltiplas camadas de domínios de grafeno garante um grau suficiente de transparência visível da luz ao longo do filme", disse Deoka. A equipe de pesquisa levantou a hipótese de que o NGF condutor e translúcido poderia ser usado como um componente das células solares ou como material de detecção para detectar gás dióxido de nitrogênio. "Planejamos integrar o NGF em dispositivos para que ele possa atuar como um material ativo multifuncional", disse Costa.
Informações adicionais: Gitanjali Deokar et al., Rapido crescimento de filmes de grafite de nanômetros e espessos em papel níquel em escala de wafer e sua análise estrutural, nanotecnologia (2020). Doi: 10.1088/1361-6528/aba712
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Hora de postagem: set-05-2024