冷却最新智能手机中强大的电子设备可能是一项重大挑战。阿卜杜拉国王科技大学的研究人员开发了一种快速有效的方法来制造适合电子设备散热的碳材料。这种多功能材料可以找到其他应用，从气体传感器到太阳能电池板。
许多电子设备使用石墨膜来传导和散发电子元件产生的热量。尽管石墨是碳的天然形式，但电子产品中的热管理是一项要求很高的应用，并且通常取决于高质量微米厚石墨薄膜的使用。 “然而，使用聚合物作为原材料制造这些石墨薄膜的方法非常复杂且能源密集型，”领导这项工作的 Pedro Costa 实验室的博士后 Gitanjali Deokar 解释道。这些薄膜是通过多步骤工艺制成的，需要高达 3,200 摄氏度的温度，并且无法生产出厚度低于几微米的薄膜。
Deokar、Costa 和他们的同事开发了一种快速且节能的方法来制造约 100 纳米厚的石墨片。该团队使用化学气相沉积（CVD）技术在镍箔上生长纳米厚的石墨薄膜（NGF），镍在其表面催化热甲烷转化为石墨。 Deokar 表示：“我们在 900 摄氏度的反应温度下，仅用 5 分钟的 CVD 生长步骤就实现了 NGF。”
NGF 可以生长成面积达 55 cm2 的片材，并在箔片的两面生长。它可以被移除并转移到其他表面，而不需要聚合物支撑层，这是使用单层石墨烯薄膜时的常见要求。
该团队与电子显微镜专家 Alessandro Genovese 合作，获得了镍上 NGF 横截面的透射电子显微镜 (TEM) 图像。 “观察石墨薄膜和镍箔之间的界面是一项前所未有的成就，将为了解这些薄膜的生长机制提供更多见解，”科斯塔说。
NGF的厚度介于市售的微米厚石墨膜和单层石墨烯之间。 “NGF 补充了石墨烯和工业石墨片，增加了层状碳膜的武库，”科斯塔说。例如，由于其灵活性，NGF 可用于现在开始出现在市场上的柔性手机的热管理。 “与石墨烯薄膜相比，NGF的集成将更便宜、更稳定，”他补充道。
然而，NGF 除了散热之外还有许多用途。 TEM 图像中突出显示的一个有趣特征是 NGF 的某些部分只有几层碳厚。 “值得注意的是，多层石墨烯域的存在确保了整个薄膜具有足够程度的可见光透明度，”德奥卡说。研究小组假设，导电、半透明的 NGF 可用作太阳能电池的组件或用作检测二氧化氮气体的传感材料。 Costa 说：“我们计划将 NGF 集成到设备中，使其可以充当多功能活性材料。”
更多信息：Gitanjali Deokar 等人，晶圆级镍箔上纳米厚石墨膜的快速生长及其结构分析，纳米技术 (2020)。 DOI：10.1088/1361-6528/aba712
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发布时间：2024年9月5日