Det kan vara en stor utmaning att kyla den kraftfulla elektroniken som är packad inuti de senaste smartphones. KAUST-forskare har utvecklat ett snabbt och effektivt sätt att tillverka ett kolmaterial som skulle kunna vara idealiskt lämpat för att avleda värme i elektroniska enheter. Detta mångsidiga material kan också ha ytterligare användningsområden, allt från gassensorer till solceller.

Många elektroniska enheter använder grafitfilmer för att dra bort och avleda värmen som genereras av deras elektroniska komponenter. Även om grafit är en naturligt förekommande form av kol, värmehantering av elektronik är en krävande tillämpning och förlitar sig vanligtvis på användning av mikrometertjocka tillverkade grafitfilmer av hög kvalitet. "Dock, metoden som används för att göra dessa grafitfilmer, använda polymer som källmaterial, är komplex och mycket energikrävande, " säger Geetanjali Deokar, en postdoc i Pedro Costas labb, som ledde arbetet. Filmerna tillverkas i en flerstegsprocess som kräver temperaturer på upp till 3200 grader Celsius och som inte kan producera filmer som är tunnare än några mikrometer.

Deokar, Costa och deras kollegor har utvecklat en snabb, energieffektivt sätt att göra grafitark som är cirka 100 nanometer tjocka. Teamet odlade nanometertjocka grafitfilmer (NGF) på nickelfolier med en teknik som kallas kemisk ångavsättning (CVD) där nickel katalytiskt omvandlar het metangas till grafit på ytan. "Vi uppnådde NGF med ett CVD-tillväxtsteg på bara fem minuter vid en reaktionstemperatur på 900 grader Celsius, " säger Deokar.

NGFs, som kunde odlas i ark på upp till 55 kvadratcentimeter, växte på båda sidor av folien. Det kunde extraheras och överföras till andra ytor utan behov av ett polymerbärande lager, vilket är ett vanligt krav vid hantering av enskiktsgrafenfilmer.

Arbetar med elektronmikroskopispecialisten Alessandro Genovese, teamet tog bilder med tvärsnittstransmissionselektronmikroskopi (TEM) av NGF på nickel. "Att observera gränssnittet mellan grafitfilmerna och nickelfolien var en oöverträffad prestation som kommer att kasta ytterligare ljus över tillväxtmekanismerna för dessa filmer, säger Costa.

När det gäller tjocklek, NGF sitter mellan kommersiellt tillgängliga mikrometertjocka grafitfilmer och enskiktsgrafen. "NGF kompletterar grafen och industriella grafitark, lägga till verktygslådan med skiktade kolfilmer, " säger Costa. På grund av sin flexibilitet, till exempel, NGF skulle kunna lämpa sig för värmehantering i flexibla telefoner som nu börjar dyka upp på marknaden. "NGF-integration skulle vara billigare och mer robust än vad som kan erhållas med en grafenfilm, " han lägger till.

Dock, NGF kan hitta många tillämpningar förutom värmeavledning. Ett spännande inslag, markerade i TEM-bilderna, var att vissa sektioner av NGF bara var några kolskivor tjocka. "Anmärkningsvärt nog, närvaron av få-lager grafen domäner resulterade i en rimlig grad av synligt ljus transparens av den övergripande filmen, " säger Deokar. Teamet föreslog att dirigera, semitransparenta NGF kan användas som en komponent i solceller, eller som sensormaterial för att detektera NO2-gas. "Vi planerar att integrera NGF:er i enheter där de skulle fungera som ett multifunktionellt aktivt material, säger Costa.