高い

2022 年 5 月 23 日

キング・アブドラ科学技術大学著

複数のカーボンナノマテリアルを単一の物質に組み合わせると、驚くべき特性が得られることがあります。 KAUSTの研究者らは、小さな電圧を印加すると数秒以内に数百度に達する高性能のフレキシブルヒーターパネルとして機能する薄いグラファイトフィルムを作成した。 彼らはまた、この材料の優れた加熱性能の鍵はグラファイト フィルム内のグラフェン ドメインであることも示しました。

優れた熱伝導体として、グラファイトカーボンナノ材料は、マイクロチップからの熱を放散するなどの熱管理にますます使用されています。 同じ材料は電気ヒーターとしても使用できます。

「低電力でフレキシブルなヒーターパネルを開発する必要があり、ナノカーボンが主要な候補だ」と、この研究を主導したペドロ・コスタ研究室の博士研究員G・デオカー氏は言う。 「しかし、これまでのところ、その電熱性能は限られています」と彼女は付け加えた。 ナノカーボンベースのヒーターは通常、摂氏 250 度の目標温度に到達するために 20 ～ 60 ボルトの入力を必要とします。 また、空気中で加熱すると急速に劣化する可能性があります。

Costa、Deokarらは最近、ナノスケールの厚さのグラファイトフィルム（NGF）をウェーハスケールで製造する方法を開発した。 また、グラフェンパネルによくある残留物を発生させることなく、任意の基板に簡単に転写することもできました。 「NGF のこれらの特性により、熱管理技術における NGF の応用を調査するようになりました」と Deokar 氏は言います。

研究チームが柔軟なカプトンシート上にNGFを配置し、金電極を適用したところ、そのヒーター性能は以前に報告されたナノカーボンヒーターよりもはるかに優れていることが判明した。 8 ボルト未満を印加すると、材料は数秒以内に目標温度である摂氏 300 度に達します。 冷却も同様に急速でした。 「また、卓越した安定性も観察され、NGF が水を沸騰させるための外部の再利用可能なパッチとして使用できることが示されました」と Deokar 氏は言います。

「他のナノカーボンの最大温度の2倍で（約半分の電力入力で）動作させ、有効な加熱領域も拡大しました。これは、パネルの効率が大幅に向上したことを意味します」とペドロ氏は付け加えた。

この材料の潜在的な用途は、センサーやマイクロ流体デバイス用の小型ヒーターから、航空デフォッガーや宇宙用熱調整器などの工業規模のヒーターまで多岐にわたる可能性があります。

研究チームの現在の理解では、NGF の優れたパフォーマンスは、ホットスポットとして機能する材料内のグラフェン ドメインとシワの存在によるものです。 「これらの構造的特徴はNGFの表面全体に分布しており、高温と均一な熱の広がりを説明しています」とDeokar氏は言う。

しわは他のナノスケールの厚さのグラファイトフィルムでは一般的な特徴ですが、当社の NGF のグラフェンドメインは独特である、とペドロ氏は付け加えました。 「グラフェンドメインの存在と機能は、私たちがさらに深く理解したいものです」と彼は言います。

詳しくは： Geetanjali Deokar et al、ナノスケール厚グラファイトフィルムをベースにしたフレキシブル、空気安定性、高性能ヒーター、ACS Applied Materials & Interfaces (2022)。 DOI: 10.1021/acsami.1c23803

Geetanjali Deokar 他、Ni 箔上のナノメートル厚グラファイト フィルムの高速ウェハスケール成長とその構造解析、Nanotechnology (2020)。 DOI: 10.1088/1361-6528/aba712

Geetanjali Deokar et al、Ni 上の半透明グラファイト フィルムの成長とその両面ポリマーフリー転写、Scientific Reports (2020)。 DOI: 10.1038/s41598-020-71435-7

雑誌情報:ナノテクノロジー 、 科学レポート 、 ACS 応用材料およびインターフェース

キング・アブドラ科学技術大学提供