Het kan een grote uitdaging zijn om de krachtige elektronica in de nieuwste smartphones te koelen. KAUST-onderzoekers hebben een snelle en efficiënte manier ontwikkeld om een ​​koolstofmateriaal te maken dat bij uitstek geschikt zou kunnen zijn voor het afvoeren van warmte in elektronische apparaten. Dit veelzijdige materiaal kan ook andere toepassingen hebben, variërend van gassensoren tot zonnecellen.

Veel elektronische apparaten gebruiken grafietfilms om de warmte die door hun elektronische componenten wordt gegenereerd, weg te zuigen en af ​​te voeren. Hoewel grafiet een natuurlijk voorkomende vorm van koolstof is, warmtebeheer van elektronica is een veeleisende toepassing en is meestal afhankelijk van het gebruik van hoogwaardige micrometerdikke vervaardigde grafietfilms. "Echter, de methode die wordt gebruikt om deze grafietfilms te maken, het gebruik van polymeer als bronmateriaal, is complex en zeer energie-intensief, " zegt Geetanjali Deokar, een postdoc in het laboratorium van Pedro Costa, die het werk leidde. De films worden gemaakt in een meerstappenproces dat temperaturen tot 3200 graden Celsius vereist en dat geen films kan produceren die dunner zijn dan enkele micrometers.

Deokar, Costa en hun collega's hebben een snelle, energiezuinige manier om grafietplaten te maken van ongeveer 100 nanometer dik. Het team groeide nanometer-dikke grafietfilms (NGF) op nikkelfolies met behulp van een techniek die chemische dampafzetting (CVD) wordt genoemd, waarbij het nikkel op het oppervlak heet methaangas katalytisch omzet in grafiet. "We bereikten NGF's met een CVD-groeistap van slechts vijf minuten bij een reactietemperatuur van 900 graden Celsius, ' zegt Deokar.

De NGF's, die kunnen worden gekweekt in vellen tot 55 vierkante centimeter, groeide aan beide zijden van de folie. Het kan worden geëxtraheerd en overgebracht naar andere oppervlakken zonder de noodzaak van een polymeer ondersteunende laag, wat een veelvoorkomende vereiste is bij het hanteren van enkellaags grafeenfilms.

Werken met elektronenmicroscopie specialist Alessandro Genovese, het team heeft transversale transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) -beelden van de NGF op nikkel vastgelegd. "Het observeren van het grensvlak van de grafietfilms met de nikkelfolie was een ongekende prestatie die extra licht zal werpen op de groeimechanismen van deze films, ' zegt Costa.

Qua dikte, NGF zit tussen commercieel verkrijgbare micrometer dikke grafietfilms en enkellaags grafeen. "NGF's vormen een aanvulling op grafeen en industriële grafietplaten, toevoegen aan de gereedschapskist van gelaagde koolstoffilms, ", zegt Costa. Door zijn flexibiliteit, bijvoorbeeld, NGF zou zich kunnen lenen voor warmtebeheer in flexibele telefoons die nu op de markt verschijnen. "NGF-integratie zou goedkoper en robuuster zijn dan wat zou kunnen worden verkregen met een grafeenfilm, " hij voegt toe.

Echter, Naast warmteafvoer kunnen NGF's veel toepassingen vinden. Een intrigerende functie, gemarkeerd in de TEM-afbeeldingen, was dat sommige delen van de NGF slechts een paar koolstofplaten dik waren. "Opmerkelijk, de aanwezigheid van de grafeendomeinen met weinig lagen resulteerde in een redelijke mate van zichtbaar lichttransparantie van de algehele film, " zegt Deokar. Het team stelde voor dat het dirigeren, semitransparante NGF's kunnen worden gebruikt als onderdeel van zonnecellen, of als sensormateriaal voor het detecteren van NO2-gas. "We zijn van plan om NGF's te integreren in apparaten waar ze zouden fungeren als een multifunctioneel actief materiaal, ' zegt Costa.