Das Abkühlen der leistungsstarken Elektronik in den neuesten Smartphones kann eine große Herausforderung sein. Forscher der King Abdullah University of Science and Technology haben eine schnelle und effiziente Methode zur Schaffung von Kohlenstoffmaterialien entwickelt, die ideal zum Ablösen von Wärme von elektronischen Geräten sind. Dieses vielseitige Material kann andere Anwendungen finden, von Gassensoren bis hin zu Sonnenkollektoren.
Viele elektronische Geräte verwenden Graphitfilme, um die durch elektronischen Komponenten erzeugte Wärme durchzuführen und zu lindern. Obwohl Graphit eine natürliche Form des Kohlenstoffs ist, ist das thermische Management in der Elektronik eine anspruchsvolle Anwendung und hängt häufig von der Verwendung hochwertiger Mikron-dicker Graphitfilme ab. „Die Methode zur Herstellung dieser Graphitfilme mit Polymeren als Rohstoffe ist jedoch komplex und energieintensiv“, erklärt Gitanjali Deokar, ein Postdoc in Pedro Costas Labor, der die Arbeit leitete. Die Filme werden durch einen mehrstufigen Prozess geführt, der Temperaturen von bis zu 3.200 Grad Celsius erfordert und nicht dünner als ein paar Mikrometiere produzieren kann.
Deokar, Costa und ihre Kollegen haben eine schnelle und energieeffiziente Methode entwickelt, um Graphitblätter etwa 100 Nanometer dick zu machen. Das Team verwendete eine Technik namens Chemical Dampor Deposition (CVD), um Nanometer-dicke Graphitfilme (NGFs) auf Nickelfolie zu züchten, wobei der Nickel die Umwandlung von heißem Methan in Graphit auf seiner Oberfläche katalysiert. "Wir haben NGF in einem 5-minütigen CVD-Wachstumsschritt bei einer Reaktionstemperatur von 900 Grad Celsius erreicht", sagte Deokar.
NGF kann zu Blättern von bis zu 55 cm2 im Bereich wachsen und auf beiden Seiten der Folie wachsen. Es kann entfernt und auf andere Oberflächen übertragen werden, ohne dass eine Polymer-Unterstützungsschicht erforderlich ist, was bei der Arbeit mit Einzelschicht-Graphenfilmen häufig erforderlich ist.
Das Team arbeitete mit dem Elektronenmikroskopie-Experten Alessandro Genovese und erhielt die TEM-Bilder von Transmission Electron Microskopy (TEM) von NGF-Querschnitten auf Nickel. "Die Beobachtung der Schnittstelle zwischen Graphitfilmen und Nickelfolie ist eine beispiellose Leistung und wird zusätzliche Einblicke in den Wachstumsmechanismus dieser Filme geben", sagte Costa.
Die Dicke von NGF liegt zwischen im Handel erhältlichen Mikron-dicken Graphitfilmen und einschichtiger Graphen. "NGF ergänzt Graphen- und Industriegrafitblätter und fügt das Arsenal von geschichteten Kohlenstofffilmen hinzu", sagte Costa. Aufgrund seiner Flexibilität kann NGF beispielsweise für das thermische Management in flexiblen Mobiltelefonen verwendet werden, die jetzt auf dem Markt erscheinen. „Im Vergleich zu Graphenfilmen wird die Integration von NGF billiger und stabiler sein“, fügte er hinzu.
NGF hat jedoch viele Verwendungszwecke, die über die Wärmeabteilung hinausgehen. Ein interessantes Merkmal in den TEM -Bildern ist, dass einige Teile des NGF nur einige Kohlenstoffschichten sind. "Bemerkenswerterweise sorgt das Vorhandensein mehrerer Schichten von Graphen -Domänen im gesamten Film ein ausreichendes Maß an sichtbarer Lichttransparenz", sagte Deoka. Das Forschungsteam stellte die Hypothese auf, dass das leitende, durchscheinende NGF als Bestandteil von Solarzellen oder als Erfassungsmaterial zum Nachweis von Stickstoffdioxidgas verwendet werden könnte. "Wir planen, NGF in Geräte zu integrieren, damit es als multifunktionales aktives Material fungieren kann", sagte Costa.
Weitere Informationen: Gitanjali Deokar et al., Schnelles Wachstum von Nanometer-dicken Graphitfilmen über Nickelfolie im Wafermaßstab und ihre strukturelle Analyse Nanotechnologie (2020). Doi: 10.1088/1361-6528/ABA712
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Postzeit: Sep-05-2024