แผ่นกราไฟท์ช่วยให้สมาร์ทโฟนรุ่นใหม่เย็นสบาย

การระบายความร้อนให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ประสิทธิภาพสูงในสมาร์ทโฟนรุ่นล่าสุดอาจเป็นความท้าทายที่สำคัญ นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีคิงอับดุลเลาะห์ได้พัฒนาวิธีการที่รวดเร็วและมีประสิทธิภาพในการสร้างวัสดุคาร์บอนซึ่งเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการระบายความร้อนจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ วัสดุอเนกประสงค์นี้สามารถนำไปประยุกต์ใช้งานอื่นๆ ได้ ตั้งแต่เซ็นเซอร์ตรวจจับก๊าซไปจนถึงแผงโซลาร์เซลล์
อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หลายชนิดใช้ฟิล์มกราไฟต์เพื่อนำและระบายความร้อนที่เกิดจากส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ แม้ว่ากราไฟต์จะเป็นคาร์บอนในรูปแบบธรรมชาติ แต่การจัดการความร้อนในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เป็นงานที่ต้องอาศัยความแม่นยำสูง และมักต้องอาศัยฟิล์มกราไฟต์คุณภาพสูงที่มีความหนาระดับไมครอน “อย่างไรก็ตาม วิธีการผลิตฟิล์มกราไฟต์เหล่านี้โดยใช้พอลิเมอร์เป็นวัตถุดิบนั้นซับซ้อนและใช้พลังงานมาก” กิตันจาลี เดโอการ์ นักวิจัยหลังปริญญาเอกในห้องปฏิบัติการของเปโดร คอสตา ผู้นำการวิจัยอธิบาย ฟิล์มเหล่านี้ผลิตขึ้นด้วยกระบวนการหลายขั้นตอนที่ต้องใช้ความร้อนสูงถึง 3,200 องศาเซลเซียส และไม่สามารถผลิตฟิล์มที่บางกว่าไม่กี่ไมครอนได้
ดีโอการ์ คอสตา และเพื่อนร่วมงานได้พัฒนาวิธีการที่รวดเร็วและประหยัดพลังงานในการผลิตแผ่นกราไฟต์ที่มีความหนาประมาณ 100 นาโนเมตร ทีมวิจัยได้ใช้เทคนิคที่เรียกว่า การสะสมไอเคมี (CVD) เพื่อปลูกฟิล์มกราไฟต์ (NGF) ที่มีความหนาระดับนาโนเมตรบนแผ่นฟอยล์นิกเกิล ซึ่งนิกเกิลจะเร่งปฏิกิริยาการเปลี่ยนมีเทนร้อนให้เป็นกราไฟต์บนพื้นผิว “เราบรรลุ NGF ในขั้นตอนการปลูก CVD เพียง 5 นาที ที่อุณหภูมิปฏิกิริยา 900 องศาเซลเซียส” ดีโอการ์กล่าว
NGF สามารถเติบโตเป็นแผ่นที่มีพื้นที่สูงสุด 55 ตารางเซนติเมตร และเติบโตได้ทั้งสองด้านของฟอยล์ สามารถลอกออกและเคลื่อนย้ายไปยังพื้นผิวอื่นๆ ได้โดยไม่ต้องใช้ชั้นรองรับโพลิเมอร์ ซึ่งเป็นข้อกำหนดทั่วไปเมื่อทำงานกับฟิล์มกราฟีนแบบชั้นเดียว
ทีมวิจัยได้ร่วมมือกับอเลสซานโดร เจโนเวเซ ผู้เชี่ยวชาญด้านกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน เพื่อให้ได้ภาพตัดขวางของ NGF บนนิกเกิลจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (TEM) “การสังเกตรอยต่อระหว่างฟิล์มกราไฟต์และฟอยล์นิกเกิลเป็นความสำเร็จที่ไม่เคยมีมาก่อน และจะให้ข้อมูลเชิงลึกเพิ่มเติมเกี่ยวกับกลไกการเติบโตของฟิล์มเหล่านี้” คอสตากล่าว
ความหนาของ NGF อยู่ระหว่างฟิล์มกราไฟต์หนาระดับไมครอนที่มีจำหน่ายในท้องตลาดและกราฟีนชั้นเดียว “NGF เป็นส่วนเสริมของกราฟีนและแผ่นกราไฟต์สำหรับอุตสาหกรรม ช่วยเพิ่มคลังแสงของฟิล์มคาร์บอนแบบหลายชั้น” คอสตากล่าว ยกตัวอย่างเช่น ด้วยความยืดหยุ่นของ NGF จึงสามารถใช้สำหรับการจัดการความร้อนในโทรศัพท์มือถือแบบยืดหยุ่นที่กำลังเริ่มวางจำหน่ายในท้องตลาด “เมื่อเทียบกับฟิล์มกราฟีนแล้ว การผสานรวม NGF จะมีราคาถูกกว่าและมีเสถียรภาพมากกว่า” เขากล่าวเสริม
อย่างไรก็ตาม NGF มีประโยชน์มากมายนอกเหนือจากการระบายความร้อน คุณสมบัติที่น่าสนใจที่เน้นในภาพ TEM คือ บางส่วนของ NGF มีความหนาเพียงไม่กี่ชั้นของคาร์บอน “ที่น่าทึ่งคือ การที่มีชั้นของโดเมนกราฟีนหลายชั้นทำให้มั่นใจได้ว่ามีความโปร่งใสของแสงที่มองเห็นได้เพียงพอตลอดทั้งฟิล์ม” ดีโอกากล่าว ทีมวิจัยตั้งสมมติฐานว่า NGF ที่นำไฟฟ้าและโปร่งแสงนี้สามารถใช้เป็นส่วนประกอบของเซลล์แสงอาทิตย์ หรือเป็นวัสดุตรวจจับสำหรับตรวจจับก๊าซไนโตรเจนไดออกไซด์ “เราวางแผนที่จะรวม NGF เข้ากับอุปกรณ์เพื่อให้มันสามารถทำหน้าที่เป็นวัสดุออกฤทธิ์แบบอเนกประสงค์ได้” คอสตากล่าว
ข้อมูลเพิ่มเติม: Gitanjali Deokar และคณะ การเติบโตอย่างรวดเร็วของฟิล์มกราไฟต์หนาระดับนาโนเมตรบนแผ่นนิกเกิลขนาดเวเฟอร์และการวิเคราะห์โครงสร้าง นาโนเทคโนโลยี (2020) DOI: 10.1088/1361-6528/aba712
หากคุณพบข้อผิดพลาดในการพิมพ์ ข้อผิดพลาด หรือต้องการส่งคำขอแก้ไขเนื้อหาในหน้านี้ โปรดใช้แบบฟอร์มนี้ สำหรับคำถามทั่วไป โปรดใช้แบบฟอร์มติดต่อของเรา สำหรับข้อเสนอแนะทั่วไป โปรดใช้ส่วนความคิดเห็นสาธารณะด้านล่าง (ทำตามคำแนะนำ)
ความคิดเห็นของคุณสำคัญต่อเรา อย่างไรก็ตาม เนื่องจากมีข้อความจำนวนมาก เราจึงไม่สามารถรับประกันการตอบกลับแบบส่วนตัวได้
ที่อยู่อีเมลของคุณจะถูกใช้เพื่อแจ้งผู้รับว่าใครเป็นผู้ส่งอีเมลเท่านั้น ที่อยู่อีเมลของคุณและที่อยู่ของผู้รับจะไม่ถูกนำไปใช้เพื่อวัตถุประสงค์อื่นใด ข้อมูลที่คุณป้อนจะปรากฏในอีเมลของคุณและ Phys.org จะไม่จัดเก็บในรูปแบบใดๆ ทั้งสิ้น
รับข้อมูลอัปเดตรายสัปดาห์และ/หรือรายวันในกล่องจดหมายของคุณ คุณสามารถยกเลิกการสมัครรับข้อมูลได้ทุกเมื่อ และเราจะไม่เปิดเผยข้อมูลของคุณกับบุคคลที่สาม
เราทำให้ทุกคนเข้าถึงเนื้อหาของเราได้ ลองพิจารณาสนับสนุนภารกิจของ Science X ด้วยบัญชีพรีเมียม