石墨片可帮助下一代智能手机保持凉爽

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。KAUST 研究人员已经开发出一种快速有效的方法来制造一种非常适合电子设备散热的碳材料。这种多功能材料还有其他用途，从气体传感器到太阳能电池。

许多电子设备使用石墨薄膜来吸走和散发电子元件产生的热量。尽管石墨是一种天然存在的碳形式，但电子产品的热管理是一项要求很高的应用，通常依赖于使用高质量微米厚的人造石墨膜。“然而，用于制造这些石墨薄膜的方法，使用聚合物作为原材料，是复杂且非常耗能的，”领导这项工作的 Pedro Costa 实验室的博士后 Geetanjali Deokar 说。这些薄膜采用多步骤工艺制成，需要高达 3200 摄氏度的温度，并且无法生产出比几微米更薄的薄膜。

Deokar、Costa 和他们的同事开发了一种快速、节能的方法来制造大约 100 纳米厚的石墨片。该团队使用一种称为化学气相沉积(CVD)的技术在镍箔上生长纳米厚的石墨膜 (NGF) ，其中镍将热的甲烷气体催化转化为表面上的石墨。“我们在 900 摄氏度的反应温度下仅用五分钟的 CVD 生长步骤就获得了 NGF，”Deokar 说。

在镍箔上生长的 NGF 的无聚合物湿化学转移工艺。图片来源：KAUST;泽维尔皮塔

NGFs 可以生长在最大 55 平方厘米的薄片上，生长在箔的两侧。它可以被提取并转移到其他表面，而无需聚合物支撑层，这是处理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，捕获了镍上 NGF 的横截面透射电子显微镜 (TEM) 图像。“观察石墨薄膜与镍箔的界面是一项前所未有的成就，它将进一步阐明这些薄膜的生长机制，”科斯塔说。

就厚度而言，NGF 介于市售微米厚的石墨膜和单层石墨烯之间。“补体NGFS石墨烯和工业石墨片，从而增加层状碳的工具箱膜，”科斯塔说。例如，由于其灵活性，NGF 可以在现在开始出现在市场上的柔性手机中进行热管理。“与石墨烯薄膜相比，NGF 集成将更便宜、更可靠，”他补充道。

然而，除了散热之外，NGFs 还可以找到许多应用。在 TEM 图像中突出显示的一个有趣特征是，NGF 的某些部分只有几个碳片厚。“值得注意的是，几层石墨烯域的存在导致整个薄膜具有合理程度的可见光透明度，”Deokar 说。该团队提出，导电、半透明的 NGF 可用作太阳能电池的组件，或用作检测 NO2 气体的传感器材料。“我们计划将 NGF 集成到设备中，它们将充当多功能活性材料，”科斯塔说。

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