Højtydende varmeapparater baseret på tykke grafitfilm i nanoskala

Kombination af flere kulstof nanomaterialer i et enkelt stof kan give overraskende egenskaber. KAUST-forskere har skabt tynde grafitfilm, der kan fungere som højtydende fleksible varmepaneler, der når flere hundrede grader inden for få sekunder, når der påføres en lille spænding. De viste også, at nøglen til materialets exceptionelle varmeydelse er grafendomæner i grafitfilmen.

Som fremragende termiske ledere bruges grafitiske carbonnanomaterialer i stigende grad til varmestyring, for eksempel til at sprede varme fra mikrochips. De samme materialer kunne også bruges som elektriske varmelegemer.

"Der er behov for at udvikle fleksible varmepaneler med lav effekt, og nanocarboner er nøgleudfordrer," siger G. Deokar, en postdoc i Pedro Costas laboratorium, som ledede arbejdet. "Indtil videre har deres elektrotermiske ydeevne dog været begrænset," tilføjer hun. Nanocarbon-baserede varmeapparater kræver almindeligvis et input på 20-60 volt for at nå en måltemperatur på 250 grader Celsius. De kan også nedbrydes hurtigt, når de opvarmes i luft.

Costa, Deokar og deres kolleger udviklede for nylig en metode til at fremstille nanoskala-tykke grafitfilm (NGF'er) i wafer-skala. De var også i stand til nemt at overføre dem til vilkårlige substrater uden de rester, der ofte er til stede i grafenpaneler. "Disse egenskaber ved NGF fik os til at undersøge deres anvendelse i termiske styringsteknologier," siger Deokar.

Da holdet placerede NGF'er på fleksible Kapton-plader og anvendte guldelektroder, viste det sig, at deres varmeapparats ydeevne var langt bedre end tidligere rapporterede nanocarbonvarmere. Ved at anvende mindre end 8 volt nåede materialet en måltemperatur på 300 grader Celsius inden for få sekunder. Afkølingen var lige så hurtig. "Vi observerede også enestående stabilitet og viste, at NGF kunne bruges som et eksternt genanvendeligt plaster til at koge vand," siger Deokar.

"Vi drev dem ved dobbelt så høj temperatur som andre nanocarboner (med omtrent halvdelen af ​​strømtilførslen), og det nyttige varmeområde blev også udvidet, hvilket betyder, at panelets effektivitet var betydeligt bedre," tilføjer Pedro.

Potentielle anvendelser for materialet kan spænde fra miniaturevarmere til sensorer eller mikrofluidiske enheder til varmeapparater i industriel skala, såsom luftafdugning eller rumvarmeregulatorer.

Teamets arbejdsforståelse er, at NGF's fremragende ydeevne skyldes tilstedeværelsen af ​​grafendomæner og rynker i materialet, som fungerer som hotspots. "Disse strukturelle træk er fordelt over hele NGF-overfladen, hvilket forklarer de høje temperaturer og ensartet varmespredning," siger Deokar.

Selvom rynker er almindelige træk i andre tykke grafitfilm i nanoskala, er grafendomænerne i vores NGF'er unikke, tilføjer Pedro. "Tilstedeværelsen og funktionen af ​​graphene-domænerne er noget, vi ønsker at forstå bedre," siger han. + Udforsk yderligere

Grafitark for at hjælpe næste generations smartphones med at holde sig kølige