Графическая абстракция. Предоставлено: Прикладные материалы и интерфейсы ACS (2022 г.). DOI: 10.1021/acsami.1c23803

Являясь выдающимися теплопроводниками, графитовые углеродные наноматериалы все чаще используются для управления теплом, например, для отвода тепла от микрочипов. Эти же материалы можно использовать и в качестве электронагревателей.

«Необходимо разработать маломощные , гибкие нагревательные панели, и наноуглероды являются ключевыми претендентами», — говорит Дж. Деокар, постдоктор из лаборатории Педро Косты, руководивший работой. «Однако до сих пор их электротермические характеристики были ограничены», — добавляет она. Нагреватели на основе наноуглерода обычно требуют входного напряжения 20–60 вольт для достижения заданной температуры 250 градусов Цельсия. Они также могут быстро разлагаться при нагревании на воздухе.

Коста, Деокар и их коллеги недавно разработали метод производства наноразмерных графитовых пленок (NGF) в масштабе пластины. Они также смогли легко перенести их на произвольные подложки без остатков, часто присутствующих в графеновых панелях. «Эти характеристики NGF побудили нас исследовать их применение в технологиях управления температурным режимом», — говорит Деокар.

Когда команда поместила NGF на гибкие листы Kapton и применила золотые электроды, их характеристики нагревателя оказались намного выше, чем у нагревателей из наноуглерода, о которых сообщалось ранее. При подаче менее 8 вольт материал достигает заданной температуры в 300 градусов по Цельсию за считанные секунды. Охлаждение было столь же быстрым. «Мы также наблюдали выдающуюся стабильность и показали, что NGF можно использовать в качестве внешнего многоразового пластыря для кипячения воды», — говорит Деокар.

«Мы использовали их при температуре, в два раза превышающей максимальную температуру других наноуглеродов (примерно вдвое меньшей потребляемой мощности), и полезная площадь нагрева также была увеличена, что означает, что эффективность панели была значительно выше», — добавляет Педро.

Потенциальные области применения этого материала могут варьироваться от миниатюрных нагревателей для датчиков или микрожидкостных устройств до нагревателей промышленного масштаба, таких как авиационные антизапотеватели или регуляторы космического тепла.

Рабочее понимание команды заключается в том, что превосходная производительность NGF обусловлена ​​​​присутствием графеновых доменов и складок в материале, которые действуют как горячие точки. «Эти структурные особенности распределены по всей поверхности NGF, что объясняет высокие температуры и равномерное распределение тепла», — говорит Деокар.

Педро добавляет, что хотя морщины являются обычным явлением в других графитовых пленках наноразмерной толщины, графеновые домены в наших NGF уникальны. «Наличие и функции графеновых доменов — это то, что мы хотим лучше понять», — говорит он.