Att kyla den kraftfulla elektroniken i de senaste smartphones kan vara en stor utmaning. Forskare vid King Abdullah University of Science and Technology har utvecklat en snabb och effektiv metod för att skapa kolmaterial som är idealiska för att leda bort värme från elektroniska enheter. Detta mångsidiga material kan hitta andra tillämpningar, från gassensorer till solpaneler.
Många elektroniska apparater använder grafitfilmer för att leda och avleda värmen som genereras av elektroniska komponenter. Även om grafit är en naturlig form av kol, är värmehantering inom elektronik en krävande tillämpning och är ofta beroende av användningen av högkvalitativa mikrontjocka grafitfilmer. ”Metoden för att tillverka dessa grafitfilmer med polymerer som råmaterial är dock komplex och energikrävande”, förklarar Gitanjali Deokar, en postdoktor i Pedro Costas laboratorium som ledde arbetet. Filmerna tillverkas genom en flerstegsprocess som kräver temperaturer upp till 3 200 grader Celsius och kan inte producera filmer tunnare än några mikron.
Deokar, Costa och deras kollegor har utvecklat en snabb och energieffektiv metod för att tillverka grafitark som är cirka 100 nanometer tjocka. Teamet använde en teknik som kallas kemisk ångdeponering (CVD) för att odla nanometertjocka grafitfilmer (NGF) på nickelfolie, där nicklet katalyserar omvandlingen av het metan till grafit på dess yta. "Vi uppnådde NGF på bara ett 5-minuters CVD-tillväxtsteg vid en reaktionstemperatur på 900 grader Celsius", sa Deokar.
NGF kan växa till ark på upp till 55 cm2 i yta och växa på båda sidor av folien. Den kan tas bort och överföras till andra ytor utan behov av ett polymerstödlager, vilket är ett vanligt krav när man arbetar med grafenfilmer i ett enda lager.
I samarbete med elektronmikroskopiexperten Alessandro Genovese erhöll teamet transmissionselektronmikroskopi (TEM)-bilder av tvärsnitt av NGF på nickel. ”Att observera gränssnittet mellan grafitfilmer och nickelfolie är en exempellös prestation och kommer att ge ytterligare insikter i tillväxtmekanismen för dessa filmer”, sa Costa.
Tjockleken på NGF ligger mellan kommersiellt tillgängliga mikrontjocka grafitfilmer och enkelskiktsgrafen. ”NGF kompletterar grafen och industriella grafitark och utökar arsenalen av skiktade kolfilmer”, sa Costa. Till exempel kan NGF, tack vare sin flexibilitet, användas för värmehantering i flexibla mobiltelefoner som nu börjar dyka upp på marknaden. ”Jämfört med grafenfilmer kommer integrationen av NGF att bli billigare och mer stabil”, tillade han.
NGF har dock många användningsområden utöver värmeavledning. En intressant egenskap som framhävs i TEM-bilderna är att vissa delar av NGF bara är några få lager kol tjocka. "Anmärkningsvärt nog säkerställer närvaron av flera lager av grafendomäner en tillräcklig grad av synligt ljustransparens i hela filmen", sa Deoka. Forskargruppen antog att den ledande, genomskinliga NGF skulle kunna användas som en komponent i solceller eller som ett sensormaterial för att detektera kvävedioxidgas. "Vi planerar att integrera NGF i enheter så att det kan fungera som ett multifunktionellt aktivt material", sa Costa.
Ytterligare information: Gitanjali Deokar et al., Snabb tillväxt av nanometertjocka grafitfilmer på nickelfolie i waferskala och deras strukturanalys, Nanotechnology (2020). DOI: 10.1088/1361-6528/aba712
Om du stöter på ett stavfel, felaktigheter eller vill skicka in en begäran om att redigera innehållet på den här sidan, vänligen använd det här formuläret. För allmänna frågor, vänligen använd vårt kontaktformulär. För allmän feedback, använd kommentarsfältet nedan (följ instruktionerna).
Din åsikt är viktig för oss. På grund av det stora antalet meddelanden kan vi dock inte garantera ett personligt svar.
Din e-postadress används endast för att informera mottagarna om vem som skickade e-postmeddelandet. Varken din adress eller mottagarens adress kommer att användas för något annat ändamål. Informationen du anger kommer att visas i ditt e-postmeddelande och kommer inte att lagras av Phys.org i någon form.
Få veckovisa och/eller dagliga uppdateringar i din inkorg. Du kan avsluta prenumerationen när som helst och vi kommer aldrig att dela dina uppgifter med tredje part.
Vi gör vårt innehåll tillgängligt för alla. Överväg att stödja Science X:s uppdrag med ett premiumkonto.
Publiceringstid: 5 september 2024