Tecnologia Científica

Folhas de grafite para ajudar smartphones de última geração a manter a calma
Os pesquisadores da KAUST desenvolveram uma maneira rápida e eficiente de fazer um material de carbono que poderia ser ideal para dissipar calor em dispositivos eletrônicos.
Por King Abdullah University of Science and Technology - 08/10/2020


Modelo para o crescimento de NGF em relação à topografia da superfície de Ni. O número variável de camadas de grafeno se correlaciona com a orientação, tamanho e limites dos grãos de Ni na superfície da folha de metal policristalino. Crédito: KAUST; Xavier Pita

Resfriar os poderosos componentes eletrônicos embalados nos smartphones mais recentes pode ser um desafio significativo. Os pesquisadores da KAUST desenvolveram uma maneira rápida e eficiente de fazer um material de carbono que poderia ser ideal para dissipar calor em dispositivos eletrônicos. Este material versátil também pode ter usos adicionais que variam de sensores de gás a células solares.

Muitos dispositivos eletrônicos usam filmes de grafite para atrair e dissipar o calor gerado por seus componentes eletrônicos. Embora o grafite seja uma forma natural de carbono, o gerenciamento de calor da eletrônica é uma aplicação exigente e geralmente depende do uso de filmes de grafite manufaturados de alta qualidade com espessura de micrômetro. “Porém, o método usado para fazer esses filmes de grafite, usando o polímero como matéria-prima, é complexo e muito intensivo em energia”, diz Geetanjali Deokar, pós-doutorado no laboratório de Pedro Costa, que liderou o trabalho. Os filmes são feitos em um processo de várias etapas que requer temperaturas de até 3.200 graus Celsius e que não pode produzir filmes mais finos do que alguns micrômetros.

Deokar, Costa e seus colegas desenvolveram uma maneira rápida e eficiente em termos de energia para fazer folhas de grafite com aproximadamente 100 nanômetros de espessura. A equipe desenvolveu filmes de grafite com nanômetros de espessura (NGF) em folhas de níquel usando uma técnica chamada deposição química de vapor (CVD), na qual o níquel converte cataliticamente gás metano quente em grafite em sua superfície. "Alcançamos NGFs com uma etapa de crescimento de CVD de apenas cinco minutos a uma temperatura de reação de 900 graus Celsius", diz Deokar.

Processo de transferência química úmida sem polímero para NGFs cultivados
em folha de Ni. Crédito: KAUST; Xavier Pita

Os NGFs, que podem ser cultivados em folhas de até 55 centímetros quadrados, crescem em ambos os lados da folha. Ele pode ser extraído e transferido para outras superfícies sem a necessidade de uma camada de suporte de polímero, que é um requisito comum no manuseio de filmes de grafeno de camada única.

Trabalhando com o especialista em microscopia eletrônica Alessandro Genovese, a equipe capturou imagens de microscopia eletrônica de transmissão transversal (TEM) do NGF em níquel. "Observar a interface dos filmes de grafite com a folha de níquel foi uma conquista sem precedentes que lançará luz adicional sobre os mecanismos de crescimento desses filmes", diz Costa.

Em termos de espessura, o NGF fica entre filmes de grafite com micrômetro de espessura disponíveis comercialmente e grafeno de camada única. "Os NGFs complementam o grafeno e as folhas de grafite industrial, adicionando à caixa de ferramentas dos filmes de carbono em camadas ", diz Costa. Devido à sua flexibilidade, por exemplo, o NGF poderia se prestar ao gerenciamento de calor em telefones flexíveis que agora começam a aparecer no mercado. "A integração do NGF seria mais barata e mais robusta do que o que poderia ser obtido com um filme de grafeno", acrescenta.

No entanto, os NGFs podem encontrar muitas aplicações além da dissipação de calor. Uma característica intrigante, destacada nas imagens TEM, era que algumas seções do NGF tinham apenas algumas folhas de carbono de espessura. "Notavelmente, a presença de domínios de grafeno de poucas camadas resultou em um grau razoável de transparência de luz visível do filme geral", diz Deokar. A equipe propôs que os NGFs semitransparentes e condutores poderiam ser usados ​​como um componente de células solares ou como um material sensor para detectar gás NO2. “Planejamos integrar os NGFs em dispositivos onde atuariam como um material ativo multifuncional”, diz Costa.

 

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