Η ψύξη των ισχυρών ηλεκτρονικών στα τελευταία smartphones μπορεί να αποτελέσει σημαντική πρόκληση. Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου Επιστήμης και Τεχνολογίας του King Abdullah έχουν αναπτύξει μια γρήγορη και αποτελεσματική μέθοδο για τη δημιουργία υλικών άνθρακα ιδανικά για τη διάσπαση της θερμότητας από τις ηλεκτρονικές συσκευές. Αυτό το ευπροσάρμοστο υλικό μπορεί να βρει άλλες εφαρμογές, από αισθητήρες αερίου έως ηλιακούς συλλέκτες.
Πολλές ηλεκτρονικές συσκευές χρησιμοποιούν φιλμ γραφίτη για να διεξάγουν και να διαλύουν τη θερμότητα που παράγεται από ηλεκτρονικά εξαρτήματα. Παρόλο που ο γραφίτης είναι μια φυσική μορφή άνθρακα, η θερμική διαχείριση στα ηλεκτρονικά είναι μια απαιτητική εφαρμογή και συχνά εξαρτάται από τη χρήση ταινιών γραφίτη πάχους μικρών υψηλής ποιότητας. "Ωστόσο, η μέθοδος για την κατασκευή αυτών των ταινιών γραφίτη που χρησιμοποιεί πολυμερή ως πρώτες ύλες είναι πολύπλοκη και ενεργειακή ένταση", εξηγεί ο Gitanjali Deokar, ένα postdoc στο εργαστήριο του Pedro Costa που οδήγησε το έργο. Οι μεμβράνες γίνονται μέσω μιας διαδικασίας πολλαπλών βημάτων που απαιτεί θερμοκρασίες μέχρι 3.200 βαθμούς Κελσίου και δεν μπορεί να παράγει ταινίες λεπτότερες από μερικά μικρά.
Ο Deokar, η Costa και οι συνάδελφοί τους έχουν αναπτύξει μια γρήγορη και ενεργειακά αποδοτική μέθοδο για την κατασκευή φύλλων γραφίτη περίπου 100 νανόμετρα πάχους. Η ομάδα χρησιμοποίησε μια τεχνική που ονομάζεται Χημική εναπόθεση ατμών (CVD) για να αναπτύξει φιλμ γραφίτη πάχους νανομέτρου (NGFs) σε φύλλο νικελίου, όπου το νικέλιο καταλύει τη μετατροπή του καυτού μεθανίου σε γραφίτη στην επιφάνεια του. "Επιτύχαμε το NGF σε ένα βήμα ανάπτυξης CVD 5 λεπτών σε θερμοκρασία αντίδρασης 900 βαθμών Κελσίου", δήλωσε ο Deokar.
Το NGF μπορεί να αναπτυχθεί σε φύλλα μέχρι 55 cm2 στην περιοχή και να αναπτυχθεί και στις δύο πλευρές του φύλλου. Μπορεί να αφαιρεθεί και να μεταφερθεί σε άλλες επιφάνειες χωρίς την ανάγκη για ένα στρώμα υποστήριξης πολυμερούς, το οποίο είναι μια κοινή απαίτηση όταν εργάζεστε με ταινίες γραφένιου ενός στρώματος.
Σε συνεργασία με τον εμπειρογνώμονα ηλεκτρονικής μικροσκοπίας Alessandro Genovese, η ομάδα έλαβε εικόνες ηλεκτρονικής μικροσκοπίας μετάδοσης (TEM) των διατομών NGF στο νικέλιο. "Η παρατήρηση της διεπαφής μεταξύ των μεμβρανών γραφίτη και του φύλλου νικελίου είναι ένα πρωτοφανές επίτευγμα και θα παρέχει πρόσθετες γνώσεις για τον μηχανισμό ανάπτυξης αυτών των ταινιών", δήλωσε ο Κόστα.
Το πάχος των NGF πέφτει μεταξύ των διαθεσιμών μεμβράνων γραφίτη μικρών μικρών και του γραφένιου με ένα στρώμα. "Το NGF συμπληρώνει τα φύλλα γραφίτη και βιομηχανικά γραφίτη, προσθέτοντας στο οπλοστάσιο των πολυεπίπεδων μεμβρανών άνθρακα", δήλωσε ο Costa. Για παράδειγμα, λόγω της ευελιξίας του, το NGF μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη θερμική διαχείριση σε ευέλικτα κινητά τηλέφωνα που αρχίζουν να εμφανίζονται στην αγορά. "Σε σύγκριση με τις ταινίες graphene, η ενσωμάτωση του NGF θα είναι φθηνότερη και πιο σταθερή", πρόσθεσε.
Ωστόσο, ο NGF έχει πολλές χρήσεις πέρα από τη διάχυση της θερμότητας. Ένα ενδιαφέρον χαρακτηριστικό που επισημαίνεται στις εικόνες TEM είναι ότι ορισμένα μέρη του NGF είναι μόνο μερικά στρώματα παχιά άνθρακα. "Είναι αξιοσημείωτο ότι η παρουσία πολλαπλών στρωμάτων τομέων γραφένιου εξασφαλίζει επαρκή βαθμό ορατής διαφάνειας φωτός σε όλη την ταινία", δήλωσε ο Deoka. Η ερευνητική ομάδα υποθέτει ότι το αγώγιμο, ημιδιαφανές NGF θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως συστατικό των ηλιακών κυττάρων ή ως υλικό ανίχνευσης για την ανίχνευση αερίου διοξειδίου του αζώτου. "Σχεδιάζουμε να ενσωματώσουμε το NGF σε συσκευές έτσι ώστε να μπορεί να λειτουργήσει ως πολυλειτουργικό ενεργό υλικό", δήλωσε ο Costa.
Περισσότερες πληροφορίες: Gitanjali Deokar et al., Ταχεία ανάπτυξη των ταινιών γραφίτη πάχυνσης νανομέτρου σε φύλλο νικελίου κλίμακας και τη δομική τους ανάλυση, νανοτεχνολογία (2020). Doi: 10.1088/1361-6528/aba712
Εάν συναντήσετε ένα τυπογραφικό λάθος, ανακρίβεια ή θέλετε να υποβάλετε ένα αίτημα επεξεργασίας περιεχομένου σε αυτή τη σελίδα, χρησιμοποιήστε αυτήν τη φόρμα. Για γενικές ερωτήσεις, χρησιμοποιήστε τη φόρμα επικοινωνίας μας. Για γενική ανατροφοδότηση, χρησιμοποιήστε την παρακάτω ενότητα Δημόσιων σχολίων (ακολουθήστε τις οδηγίες).
Η γνώμη σας είναι σημαντική για εμάς. Ωστόσο, λόγω του μεγάλου όγκου μηνυμάτων, δεν μπορούμε να εγγυηθούμε μια εξατομικευμένη απάντηση.
Η διεύθυνση email σας χρησιμοποιείται μόνο για να πει στους παραλήπτες που έστειλαν το email. Ούτε η διεύθυνσή σας ούτε η διεύθυνση του παραλήπτη θα χρησιμοποιηθούν για οποιονδήποτε άλλο σκοπό. Οι πληροφορίες που εισάγετε θα εμφανίζονται στο email σας και δεν θα αποθηκεύονται από το Phys.org σε οποιαδήποτε μορφή.
Λάβετε εβδομαδιαίες και/ή καθημερινές ενημερώσεις στα εισερχόμενά σας. Μπορείτε να διαγραφείτε ανά πάσα στιγμή και δεν θα μοιραστούμε ποτέ τα στοιχεία σας με τρίτους.
Κάνουμε το περιεχόμενό μας προσβάσιμο σε όλους. Εξετάστε το ενδεχόμενο να υποστηρίξετε την αποστολή της Science X με λογαριασμό premium.
Χρόνος δημοσίευσης: SEP-05-2024