Grafitark for at hjælpe næste generations smartphones med at holde roen

Det kan være en betydelig udfordring at afkøle den kraftfulde elektronik pakket inde i de nyeste smartphones. KAUST-forskere har udviklet en hurtig og effektiv måde at fremstille et kulstofmateriale, der kunne være ideelt egnet til at sprede varme i elektroniske enheder. Dette alsidige materiale kan også have yderligere anvendelser lige fra gassensorer til solceller.

Mange elektroniske enheder bruger grafitfilm til at trække væk og sprede den varme, der genereres af deres elektroniske komponenter. Selvom grafit er en naturligt forekommende form for kulstof, varmestyring af elektronik er en krævende anvendelse og er normalt afhængig af brug af mikrometertykke fremstillede grafitfilm af høj kvalitet. "Imidlertid, metoden brugt til at fremstille disse grafitfilm, brug af polymer som kildemateriale, er kompleks og meget energikrævende, " siger Geetanjali Deokar, en postdoc i Pedro Costas laboratorium, der ledede arbejdet. Filmene fremstilles i en flertrinsproces, der kræver temperaturer på op til 3200 grader Celsius, og som ikke kan producere film, der er tyndere end nogle få mikrometer.

Deokar, Costa og deres kolleger har udviklet en hurtig, energieffektiv måde at lave grafitplader på, der er cirka 100 nanometer tykke. Holdet dyrkede nanometertykke grafitfilm (NGF) på nikkelfolier ved hjælp af en teknik kaldet kemisk dampaflejring (CVD), hvor nikkel katalytisk omdanner varm metangas til grafit på overfladen. "Vi opnåede NGF'er med et CVD-væksttrin på kun fem minutter ved en reaktionstemperatur på 900 grader Celsius, " siger Deokar.

NGF'erne, som kunne dyrkes i plader på op til 55 kvadratcentimeter, voksede på begge sider af folien. Det kunne ekstraheres og overføres til andre overflader uden behov for et polymerunderstøtningslag, hvilket er et almindeligt krav ved håndtering af enkeltlags grafenfilm.

Arbejder med elektronmikroskopispecialist Alessandro Genovese, holdet fangede tværsnitstransmissionselektronmikroskopi (TEM) billeder af NGF på nikkel. "At observere grænsefladen mellem grafitfilmene og nikkelfolien var en hidtil uset præstation, der vil kaste yderligere lys over vækstmekanismerne for disse film, " siger Costa.

Med hensyn til tykkelse, NGF sidder mellem kommercielt tilgængelige mikrometertykke grafitfilm og enkeltlagsgrafen. "NGF'er komplementerer grafen og industrielle grafitplader, tilføjelse til værktøjskassen med lagdelte carbonfilm, " siger Costa. På grund af sin fleksibilitet, for eksempel, NGF kunne egne sig til varmestyring i fleksible telefoner, der nu begynder at dukke op på markedet. "NGF-integration ville være billigere og mere robust end hvad der kunne opnås med en grafenfilm, "tilføjer han.

Imidlertid, NGF'er kan finde mange anvendelser ud over varmeafledning. Et spændende træk, fremhævet i TEM-billederne, var, at nogle sektioner af NGF kun var et par carbonplader tykke. "Bemærkelsesværdigt, tilstedeværelsen af ​​de få-lags grafendomæner resulterede i en rimelig grad af synlig lysgennemsigtighed af den samlede film, " siger Deokar. Holdet foreslog at dirigere, semitransparente NGF'er kunne bruges som en komponent i solceller, eller som sensormateriale til detektering af NO2-gas. "Vi planlægger at integrere NGF'er i enheder, hvor de vil fungere som et multifunktionelt aktivt materiale, " siger Costa.