แผ่นกราไฟต์ช่วยให้สมาร์ทโฟนรุ่นใหม่ระบายความร้อนได้ดี

การระบายความร้อนให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ประสิทธิภาพสูงในสมาร์ทโฟนรุ่นใหม่ล่าสุดอาจเป็นความท้าทายอย่างยิ่ง นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีคิงอับดุลลาห์ได้พัฒนาวิธีการที่รวดเร็วและมีประสิทธิภาพในการสร้างวัสดุคาร์บอนที่เหมาะสำหรับการระบายความร้อนจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ วัสดุอเนกประสงค์นี้สามารถนำไปประยุกต์ใช้ในด้านอื่นๆ ได้อีกมากมาย ตั้งแต่เซ็นเซอร์ตรวจจับก๊าซไปจนถึงแผงโซลาร์เซลล์
อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หลายชนิดใช้ฟิล์มกราไฟต์เพื่อนำและระบายความร้อนที่เกิดจากชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ แม้ว่ากราไฟต์จะเป็นคาร์บอนในรูปแบบธรรมชาติ แต่การจัดการความร้อนในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เป็นงานที่ต้องการความแม่นยำสูงและมักขึ้นอยู่กับการใช้ฟิล์มกราไฟต์คุณภาพสูงที่มีความหนาระดับไมครอน “อย่างไรก็ตาม วิธีการผลิตฟิล์มกราไฟต์เหล่านี้โดยใช้พอลิเมอร์เป็นวัตถุดิบนั้นซับซ้อนและต้องใช้พลังงานสูง” กิตันจาลี เดโอการ์ นักวิจัยหลังปริญญาเอกในห้องปฏิบัติการของเปโดร คอสตา ผู้เป็นหัวหน้างานวิจัยกล่าว ฟิล์มเหล่านี้ผลิตขึ้นผ่านกระบวนการหลายขั้นตอนที่ต้องใช้ความร้อนสูงถึง 3,200 องศาเซลเซียส และไม่สามารถผลิตฟิล์มที่บางกว่าไม่กี่ไมครอนได้
เดโอการ์ คอสตา และเพื่อนร่วมงานได้พัฒนาวิธีการผลิตแผ่นกราไฟต์ที่มีความหนาประมาณ 100 นาโนเมตรได้อย่างรวดเร็วและประหยัดพลังงาน ทีมงานใช้วิธีการที่เรียกว่าการตกตะกอนไอสารเคมี (CVD) เพื่อสร้างฟิล์มกราไฟต์ที่มีความหนาระดับนาโนเมตร (NGF) บนแผ่นฟอยล์นิกเกิล โดยที่นิกเกิลทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการเปลี่ยนมีเทนร้อนให้เป็นกราไฟต์บนพื้นผิว “เราสามารถสร้าง NGF ได้ในขั้นตอนการเติบโตแบบ CVD เพียง 5 นาที ที่อุณหภูมิปฏิกิริยา 900 องศาเซลเซียส” เดโอการ์กล่าว
NGF สามารถเจริญเติบโตเป็นแผ่นที่มีพื้นที่ได้ถึง 55 ตารางเซนติเมตร และเจริญเติบโตได้ทั้งสองด้านของแผ่นฟอยล์ สามารถลอกออกและถ่ายโอนไปยังพื้นผิวอื่นได้โดยไม่ต้องใช้ชั้นรองรับโพลีเมอร์ ซึ่งเป็นข้อกำหนดทั่วไปเมื่อทำงานกับฟิล์มกราฟีนชั้นเดียว
ทีมวิจัยได้ร่วมมือกับ อเลสซานโดร เจโนเวเซ ผู้เชี่ยวชาญด้านกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน เพื่อให้ได้ภาพตัดขวางของ NGF บนนิกเกิลโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่งผ่าน (TEM) คอสตากล่าวว่า “การสังเกตส่วนต่อประสานระหว่างฟิล์มกราไฟต์และแผ่นฟอยล์นิกเกิลเป็นความสำเร็จที่ไม่เคยมีมาก่อน และจะให้ข้อมูลเชิงลึกเพิ่มเติมเกี่ยวกับกลไกการเติบโตของฟิล์มเหล่านี้”
ความหนาของ NGF อยู่ระหว่างฟิล์มกราไฟต์ที่มีความหนาระดับไมครอนซึ่งมีจำหน่ายทั่วไปและกราฟีนชั้นเดียว “NGF ช่วยเสริมกราฟีนและแผ่นกราไฟต์อุตสาหกรรม เพิ่มทางเลือกใหม่ให้กับฟิล์มคาร์บอนแบบหลายชั้น” คอสตากล่าว ตัวอย่างเช่น เนื่องจากความยืดหยุ่นของมัน NGF จึงสามารถใช้ในการจัดการความร้อนในโทรศัพท์มือถือแบบยืดหยุ่นซึ่งเริ่มปรากฏในตลาดแล้ว “เมื่อเทียบกับฟิล์มกราฟีน การรวม NGF จะมีราคาถูกกว่าและเสถียรกว่า” เขากล่าวเสริม
อย่างไรก็ตาม NGF มีประโยชน์มากมายนอกเหนือจากการระบายความร้อน คุณสมบัติที่น่าสนใจอย่างหนึ่งที่เน้นในภาพ TEM คือบางส่วนของ NGF มีความหนาเพียงไม่กี่ชั้นของคาร์บอน “ที่น่าทึ่งคือ การมีโดเมนกราฟีนหลายชั้นทำให้ฟิล์มมีความโปร่งใสต่อแสงที่มองเห็นได้ในระดับที่เพียงพอ” เดโอกะกล่าว ทีมวิจัยตั้งสมมติฐานว่า NGF ที่นำไฟฟ้าและโปร่งแสงนี้สามารถใช้เป็นส่วนประกอบของเซลล์แสงอาทิตย์หรือเป็นวัสดุตรวจจับก๊าซไนโตรเจนไดออกไซด์ได้ “เราวางแผนที่จะรวม NGF เข้ากับอุปกรณ์ต่างๆ เพื่อให้สามารถทำหน้าที่เป็นวัสดุที่ใช้งานได้หลากหลายฟังก์ชัน” คอสตากล่าว
ข้อมูลเพิ่มเติม: Gitanjali Deokar และคณะ การเจริญเติบโตอย่างรวดเร็วของฟิล์มกราไฟต์หนาระดับนาโนเมตรบนแผ่นฟอยล์นิกเกิลขนาดเวเฟอร์และการวิเคราะห์โครงสร้าง นาโนเทคโนโลยี (2020) DOI: 10.1088/1361-6528/aba712
หากคุณพบข้อผิดพลาดในการพิมพ์ ความไม่ถูกต้อง หรือต้องการส่งคำขอแก้ไขเนื้อหาในหน้านี้ โปรดใช้แบบฟอร์มนี้ สำหรับคำถามทั่วไป โปรดใช้แบบฟอร์มติดต่อของเรา สำหรับข้อเสนอแนะทั่วไป โปรดใช้ส่วนแสดงความคิดเห็นสาธารณะด้านล่าง (โปรดปฏิบัติตามคำแนะนำ)
ความคิดเห็นของคุณมีความสำคัญต่อเรา อย่างไรก็ตาม เนื่องจากมีข้อความจำนวนมาก เราจึงไม่สามารถรับประกันได้ว่าจะตอบกลับเป็นการส่วนตัว
ที่อยู่อีเมลของคุณจะใช้เพื่อแจ้งให้ผู้รับทราบว่าใครเป็นผู้ส่งอีเมลเท่านั้น ที่อยู่อีเมลของคุณและที่อยู่อีเมลของผู้รับจะไม่ถูกนำไปใช้เพื่อวัตถุประสงค์อื่นใด ข้อมูลที่คุณป้อนจะปรากฏในอีเมลของคุณและจะไม่ถูกจัดเก็บโดย Phys.org ในรูปแบบใดๆ ทั้งสิ้น
รับข่าวสารอัปเดตรายสัปดาห์และ/หรือรายวันทางอีเมลของคุณ คุณสามารถยกเลิกการสมัครรับข้อมูลได้ทุกเมื่อ และเราจะไม่เปิดเผยข้อมูลของคุณแก่บุคคลที่สาม
เราทำให้เนื้อหาของเราเข้าถึงได้สำหรับทุกคน โปรดพิจารณาให้การสนับสนุนภารกิจของ Science X ด้วยบัญชีพรีเมียม