La combinaison de plusieurs nanomatériaux de carbone dans une seule substance peut donner des propriétés surprenantes. Les chercheurs de KAUST ont créé de minces films de graphite qui pourraient agir comme des panneaux chauffants flexibles à haute performance, atteignant plusieurs centaines de degrés en quelques secondes lorsqu'une petite tension est appliquée. Ils ont également montré que la clé des performances de chauffage exceptionnelles du matériau réside dans les domaines de graphène dans le film de graphite.

En tant que conducteurs thermiques exceptionnels, les nanomatériaux de carbone graphitique sont de plus en plus utilisés pour la gestion de la chaleur, par exemple pour dissiper la chaleur des micropuces. Les mêmes matériaux pourraient également être utilisés comme radiateurs électriques.

"Il est nécessaire de développer des panneaux chauffants flexibles à faible consommation d'énergie, et les nanocarbones sont des candidats clés", déclare G. Deokar, postdoctorant au laboratoire de Pedro Costa, qui a dirigé les travaux. "Jusqu'à présent, cependant, leurs performances électrothermiques ont été limitées", ajoute-t-elle. Les radiateurs à base de nanocarbone nécessitent généralement une entrée de 20 à 60 volts pour atteindre une température cible de 250 degrés Celsius. Ils peuvent également se dégrader rapidement lorsqu'ils sont chauffés à l'air.

Costa, Deokar et leurs collègues ont récemment développé une méthode pour fabriquer des films de graphite à l'échelle nanométrique (NGF) à l'échelle d'une tranche. Ils ont également pu les transférer facilement sur des substrats arbitraires, sans les résidus souvent présents dans les panneaux de graphène. "Ces caractéristiques du NGF nous ont incités à étudier leur application dans les technologies de gestion thermique", déclare Deokar.

Lorsque l'équipe a placé des NGF sur des feuilles de Kapton flexibles et appliqué des électrodes en or, leurs performances de chauffage se sont avérées bien supérieures aux chauffages au nanocarbone précédemment signalés. En appliquant moins de 8 volts, le matériau a atteint une température cible de 300 degrés Celsius en quelques secondes. Le refroidissement a été tout aussi rapide. "Nous avons également observé une stabilité exceptionnelle et montré que le NGF pouvait être utilisé comme patch externe réutilisable pour faire bouillir de l'eau", déclare Deokar.

"Nous les avons fait fonctionner à une température deux fois supérieure à celle des autres nanocarbones (avec environ la moitié de la puissance absorbée) et la zone de chauffage utile a également été augmentée, ce qui signifie que l'efficacité du panneau était considérablement meilleure", ajoute Pedro.

Les applications potentielles du matériau pourraient aller des radiateurs miniatures pour capteurs ou dispositifs microfluidiques aux radiateurs à l'échelle industrielle, tels que les désembueurs d'aviation ou les régulateurs de chaleur spatiale.

La compréhension de travail de l'équipe est que l'excellente performance du NGF est due à la présence de domaines et de rides de graphène dans le matériau, qui agissent comme des points chauds. "Ces caractéristiques structurelles sont réparties sur toute la surface du NGF, ce qui explique les températures élevées et la propagation uniforme de la chaleur", explique Deokar.

Bien que les rides soient des caractéristiques communes à d'autres films de graphite à l'échelle nanométrique, les domaines de graphène dans nos NGF sont uniques, ajoute Pedro. "La présence et la fonction des domaines du graphène est quelque chose que nous voulons mieux comprendre", dit-il. + Explorer plus loin

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