높은

2022년 5월 23일

킹 압둘라 과학기술대학교

단일 물질에 여러 탄소 나노물질을 결합하면 놀라운 특성을 얻을 수 있습니다. KAUST 연구원들은 작은 전압이 가해지면 몇 초 내에 수백 도에 도달하는 고성능 유연한 히터 패널 역할을 할 수 있는 얇은 흑연 필름을 만들었습니다. 그들은 또한 이 물질의 탁월한 가열 성능의 핵심이 흑연 필름 내의 그래핀 도메인이라는 것을 보여주었습니다.

탁월한 열 전도체로서 흑연 탄소 나노물질은 열 관리(예: 마이크로칩의 열 방출)에 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 동일한 재료를 전기 히터로 사용할 수도 있습니다.

"저전력의 유연한 히터 패널을 개발할 필요가 있으며 나노카본이 주요 경쟁자입니다"라고 Pedro Costa 연구실의 박사후 연구원인 G. Deokar는 말했습니다. "그러나 지금까지 그들의 전열 성능은 제한적이었습니다"라고 그녀는 덧붙입니다. 나노탄소 기반 히터는 일반적으로 섭씨 250도 목표 온도에 도달하기 위해 20~60V의 입력이 필요합니다. 또한 공기 중에서 가열하면 빠르게 분해될 수 있습니다.

Costa, Deokar 및 동료들은 최근 웨이퍼 규모로 나노 규모 두께의 흑연 필름(NGF)을 제조하는 방법을 개발했습니다. 그들은 또한 그래핀 패널에 종종 존재하는 잔류물 없이 임의의 기판으로 쉽게 옮길 수 있었습니다. "NGF의 이러한 특성으로 인해 우리는 열 관리 기술에 대한 적용을 조사하게 되었습니다."라고 Deokar는 말했습니다.

연구팀이 유연한 Kapton 시트에 NGF를 배치하고 금 전극을 적용했을 때, 그 히터 성능은 이전에 보고된 나노카본 히터보다 훨씬 우수한 것으로 나타났습니다. 8V 미만의 전압을 가하면 재료는 몇 초 만에 목표 온도인 섭씨 300도에 도달했습니다. 냉각도 똑같이 빨랐습니다. "우리는 또한 뛰어난 안정성을 관찰했으며 NGF가 물을 끓일 수 있는 외부 재사용 가능한 패치로 사용될 수 있음을 보여주었습니다"라고 Deokar는 말했습니다.

"우리는 다른 나노카본의 최대 온도의 두 배(약 절반의 전력 입력)에서 작동했으며 유용한 가열 영역도 증가했습니다. 이는 패널의 효율성이 상당히 향상되었음을 의미합니다."라고 Pedro는 덧붙입니다.

이 소재의 잠재적인 응용 분야는 센서나 미세유체 장치용 소형 히터부터 항공 안개 제거기 또는 공간 열 조절기와 같은 산업용 규모의 히터까지 다양합니다.

연구팀은 NGF의 우수한 성능이 핫스팟 역할을 하는 그래핀 도메인과 소재의 주름 때문에 발생한다는 사실을 이해하고 있습니다. Deokar는 "이러한 구조적 특징은 NGF 표면 전체에 분포되어 있어 높은 온도와 균일한 열 확산을 설명합니다"라고 말했습니다.

주름은 다른 나노규모 두께의 흑연 필름의 일반적인 특징이지만 NGF의 그래핀 도메인은 독특하다고 Pedro는 덧붙입니다. “그래핀 영역의 존재와 기능은 우리가 더 잘 이해하고 싶은 부분입니다.”라고 그는 말했습니다.

추가 정보: Geetanjali Deokar 외, 나노 수준의 두꺼운 흑연 필름을 기반으로 한 유연하고 공기에 안정한 고성능 히터, ACS 응용 재료 및 인터페이스(2022). DOI: 10.1021/acsami.1c23803

Geetanjali Deokar 외, Ni 호일에서 나노미터 두께의 흑연 필름의 빠른 웨이퍼 규모 성장 및 구조 분석, 나노기술(2020). DOI: 10.1088/1361-6528/aba712

Geetanjali Deokar 외, Ni에서의 반투명 흑연 필름 성장 및 양면 폴리머 없는 전사, Scientific Reports(2020). DOI: 10.1038/s41598-020-71435-7

저널 정보:나노기술 , 과학 보고서 , ACS 응용 재료 및 인터페이스