Modèle de croissance du NGF par rapport à la topographie de surface Ni. Le nombre variable de couches de graphène est en corrélation avec l'orientation, taille et limites des grains de Ni à la surface de la feuille métallique polycristalline. Crédit :KAUST; Xavier Pita
Refroidir les puissants composants électroniques contenus dans les derniers smartphones peut être un défi de taille. Les chercheurs de KAUST ont développé un moyen rapide et efficace de fabriquer un matériau en carbone qui pourrait être parfaitement adapté à la dissipation de la chaleur dans les appareils électroniques. Ce matériau polyvalent pourrait également avoir des utilisations supplémentaires allant des capteurs de gaz aux cellules solaires.
De nombreux appareils électroniques utilisent des films de graphite pour évacuer et dissiper la chaleur générée par leurs composants électroniques. Bien que le graphite soit une forme naturelle de carbone, la gestion thermique de l'électronique est une application exigeante et repose généralement sur l'utilisation de films de graphite fabriqués de haute qualité d'une épaisseur micrométrique. "Toutefois, la méthode utilisée pour fabriquer ces films de graphite, en utilisant un polymère comme matériau source, est complexe et très énergivore, " dit Geetanjali Deokar, un post-doctorat dans le laboratoire de Pedro Costa, qui a dirigé les travaux. Les films sont fabriqués selon un processus en plusieurs étapes qui nécessite des températures allant jusqu'à 3200 degrés Celsius et qui ne peut produire des films plus minces que quelques micromètres.
Deokar, Costa et leurs collègues ont développé une façon économe en énergie de fabriquer des feuilles de graphite d'environ 100 nanomètres d'épaisseur. L'équipe a développé des films de graphite d'épaisseur nanométrique (NGF) sur des feuilles de nickel à l'aide d'une technique appelée dépôt chimique en phase vapeur (CVD) dans laquelle le nickel convertit catalytiquement le méthane chaud en graphite à sa surface. "Nous avons obtenu des NGF avec une étape de croissance CVD de seulement cinq minutes à une température de réaction de 900 degrés Celsius, " dit Deokar.
Procédé de transfert chimique humide sans polymère pour les NGF cultivés sur une feuille de Ni. Crédit :KAUST; Xavier Pita
Les NGF, qui peut être cultivé en feuilles jusqu'à 55 centimètres carrés, pousse des deux côtés de la feuille. Il pourrait être extrait et transféré sur d'autres surfaces sans avoir besoin d'une couche de support en polymère, ce qui est une exigence courante lors de la manipulation de films de graphène monocouche.
En collaboration avec le spécialiste de la microscopie électronique Alessandro Genovese, l'équipe a capturé des images de microscopie électronique à transmission (MET) en coupe transversale du NGF sur du nickel. « Observer l'interface des films de graphite avec la feuille de nickel a été une réalisation sans précédent qui apportera un éclairage supplémentaire sur les mécanismes de croissance de ces films, ", dit Costa.
En termes d'épaisseur, Le NGF se situe entre les films de graphite d'un micromètre d'épaisseur disponibles dans le commerce et le graphène monocouche. "Les NGF complètent les feuilles de graphène et de graphite industriel, ajouter à la boîte à outils des films de carbone stratifiés, " dit Costa. En raison de sa flexibilité, par exemple, Le NGF pourrait se prêter à la gestion de la chaleur dans les téléphones flexibles qui commencent maintenant à apparaître sur le marché. "L'intégration NGF serait moins chère et plus robuste que ce qui pourrait être obtenu avec un film de graphène, " il ajoute.
Cependant, Les NGF pourraient trouver de nombreuses applications en plus de la dissipation thermique. Une caractéristique intrigante, mis en évidence dans les images TEM, était que certaines sections du NGF n'avaient que quelques feuilles de carbone d'épaisseur. "Remarquablement, la présence des domaines de graphène à quelques couches a entraîné un degré raisonnable de transparence à la lumière visible de l'ensemble du film, " dit Deokar. L'équipe a proposé que la conduite, les NGF semi-transparents pourraient être utilisés comme composant de cellules solaires, ou en tant que matériau de capteur pour détecter le gaz NO2. "Nous prévoyons d'intégrer les NGF dans des dispositifs où ils agiraient comme un matériau actif multifonctionnel, ", dit Costa.
