blog

Jan 24, 2024

Alto

23 de maio de 2022 pela Universidade de Ciência e Tecnologia King Abdullah A combinação de vários nanomateriais de carbono em uma única substância pode produzir propriedades surpreendentes. Os pesquisadores da KAUST criaram finos

23 de maio de 2022

pela Universidade King Abdullah de Ciência e Tecnologia

A combinação de vários nanomateriais de carbono em uma única substância pode produzir propriedades surpreendentes. Os pesquisadores da KAUST criaram filmes finos de grafite que podem atuar como painéis aquecedores flexíveis de alto desempenho, atingindo várias centenas de graus em segundos quando uma pequena tensão é aplicada. Eles também mostraram que a chave para o desempenho excepcional de aquecimento do material são os domínios de grafeno dentro do filme de grafite.

Como excelentes condutores térmicos, os nanomateriais de carbono grafítico são cada vez mais utilizados para gerenciamento de calor, por exemplo, para dissipar calor de microchips. Os mesmos materiais também poderiam ser usados ​​como aquecedores elétricos.

“É necessário desenvolver painéis aquecedores flexíveis e de baixo consumo de energia, e os nanocarbonos são os principais candidatos”, diz G. Deokar, pós-doutorando no laboratório de Pedro Costa, que liderou o trabalho. “Até agora, porém, seu desempenho eletrotérmico tem sido limitado”, acrescenta ela. Aquecedores à base de nanocarbono geralmente requerem uma entrada de 20–60 volts para atingir a temperatura alvo de 250 graus Celsius. Eles também podem degradar-se rapidamente quando aquecidos ao ar.

Costa, Deokar e seus colegas desenvolveram recentemente um método para fabricar filmes de grafite com espessura em nanoescala (NGFs) em escala de wafer. Eles também foram capazes de transferi-los facilmente para substratos arbitrários, sem os resíduos frequentemente presentes nos painéis de grafeno. “Essas características do NGF nos levaram a investigar sua aplicação em tecnologias de gerenciamento térmico”, diz Deokar.

Quando a equipe colocou NGFs em folhas flexíveis de Kapton e aplicou eletrodos de ouro, o desempenho do aquecedor foi muito superior aos aquecedores de nanocarbono relatados anteriormente. Aplicando menos de 8 volts, o material atingiu uma temperatura alvo de 300 graus Celsius em segundos. O resfriamento foi igualmente rápido. “Também observamos uma excelente estabilidade e mostramos que o NGF pode ser usado como um adesivo externo reutilizável para ferver água”, diz Deokar.

“Operamos com o dobro da temperatura máxima de outros nanocarbonos (com cerca de metade da potência consumida) e a área útil de aquecimento também foi aumentada, o que significa que a eficiência do painel foi consideravelmente melhor”, acrescenta Pedro.

As aplicações potenciais para o material podem variar desde aquecedores em miniatura para sensores ou dispositivos microfluídicos até aquecedores em escala industrial, como desembaçadores de aviação ou reguladores de calor espacial.

O entendimento de trabalho da equipe é que o excelente desempenho do NGF se deve à presença de domínios de grafeno e rugas no material, que atuam como hotspots. “Essas características estruturais estão distribuídas por toda a superfície do NGF, explicando as altas temperaturas e a distribuição uniforme do calor”, diz Deokar.

Embora as rugas sejam características comuns em outros filmes de grafite com espessura em nanoescala, os domínios de grafeno em nossos NGFs são únicos, acrescenta Pedro. “A presença e a função dos domínios do grafeno é algo que queremos entender melhor”, afirma.

Mais Informações: Geetanjali Deokar et al, Aquecedores flexíveis, estáveis ​​ao ar e de alto desempenho baseados em filmes de grafite espessos em nanoescala, ACS Applied Materials & Interfaces (2022). DOI: 10.1021/acsami.1c23803

Geetanjali Deokar et al, Crescimento rápido em escala de wafer de um filme de grafite de espessura nanométrica em folha de Ni e sua análise estrutural, Nanotecnologia (2020). DOI: 10.1088/1361-6528/aba712

Geetanjali Deokar et al, Crescimento de filmes de grafite semitransparentes em Ni e sua transferência dupla-face livre de polímero, Scientific Reports (2020). DOI: 10.1038/s41598-020-71435-7

Informações do diário:Nanotecnologia , Relatórios Científicos , Materiais Aplicados e Interfaces ACS