Éléments chauffants hautes performances basés sur des films de graphite à l’échelle nanométrique


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Résumé graphique. Reconnaissance: Matériaux et interfaces appliqués ACS (2022). DOI : 10.1021/acsami.1c23803

La combinaison de plusieurs nanomatériaux de carbone dans une seule substance peut conduire à des propriétés surprenantes. Les chercheurs de KAUST ont créé de minces films de graphite qui pourraient agir comme des plaques chauffantes flexibles à haute performance, atteignant plusieurs centaines de degrés en quelques secondes lorsqu’une petite tension est appliquée. Ils ont également montré que la clé des performances de chauffage exceptionnelles du matériau réside dans les domaines de graphène dans le film de graphite.

Excellents conducteurs thermiques, les nanomatériaux carbonés graphitiques sont de plus en plus utilisés pour la gestion thermique, par exemple pour dissiper la chaleur des micropuces. Les mêmes matériaux pourraient également être utilisés comme radiateurs électriques.

« Il est nécessaire de développer des panneaux chauffants flexibles et de faible puissance, et les nanocarbones sont des candidats importants », explique G. Deokar, post-doctorant dans le laboratoire de Pedro Costa qui a dirigé les travaux. « Jusqu’à présent, cependant, leurs performances électrothermiques étaient limitées », ajoute-t-elle. Les radiateurs à base de nanocarbone nécessitent généralement une tension d’entrée de 20 à 60 volts pour atteindre une cible de 250 degrés Celsius. Ils peuvent également se décomposer rapidement lorsqu’ils sont chauffés à l’air.

Costa, Deokar et leurs collègues ont récemment développé une méthode pour fabriquer des films de graphite épais à l’ nanométrique (NGF). Ils ont également pu les transférer facilement sur n’importe quel substrat sans les résidus souvent présents dans les feuilles de graphène. « Ces propriétés du NGF nous ont incités à étudier leur application dans les technologies de gestion thermique », explique Deokar.

Lorsque l’équipe a placé des NGF sur des feuilles de Kapton flexibles et des électrodes en or attachées, leurs performances de chauffage se sont avérées bien supérieures aux éléments chauffants au nanocarbone précédemment signalés. Avec une application de moins de 8 volts, le matériau a atteint une température cible de 300 degrés Celsius en quelques secondes. Le refroidissement a été tout aussi rapide. « Nous avons également observé une excellente stabilité et montré que le NGF peut être utilisé comme patch externe réutilisable pour faire bouillir de l’eau », explique Deokar.

« Nous les avons fait fonctionner à deux fois la température maximale des autres nanocarbones (avec environ la moitié de la consommation d’énergie) et la surface de chauffage utilisable a également été augmentée, ce qui signifie que l’efficacité du panneau était nettement meilleure », ajoute Pedro.

Les applications potentielles du matériau pourraient aller des radiateurs miniatures pour capteurs ou dispositifs microfluidiques aux radiateurs à l’échelle industrielle tels que les désembueurs aérospatiaux ou les contrôleurs de chauffage des locaux.

La compréhension de travail de l’équipe est que l’excellente performance du NGF est due à la présence de domaines et de plis de graphène dans le matériau, qui agissent comme des points chauds. « Ces caractéristiques structurelles sont réparties sur toute la surface du NGF, ce qui explique les températures élevées et même la répartition de la chaleur », explique Deokar.

Bien que les plis soient courants dans d’autres films de graphite à l’échelle nanométrique, les domaines de graphène dans nos NGF sont uniques, ajoute Pedro. « Nous voulons mieux comprendre l’existence et la fonction des domaines de graphes », dit-il.


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Plus d’information:
Geetanjali Deokar et al, Réchauffeurs flexibles, stables à l’air et hautes performances basés sur des films de graphite à l’échelle nanométrique, Matériaux et interfaces appliqués ACS (2022). DOI : 10.1021/acsami.1c23803

Geetanjali Deokar et al., Croissance rapide à l’échelle d’une tranche d’un film de graphite d’une épaisseur nanométrique sur une feuille de Ni et son analyse structurelle, nanotechnologie (2020). DOI : 10.1088/1361-6528/aba712

Geetanjali Deokar et al, Croissance d’un film de graphite semi-transparent sur Ni et son transfert sans polymère double face, Rapports scientifiques (2020). DOI : 10.1038/s41598-020-71435-7

Fourni par l’Université des sciences et technologies du roi Abdallah

Citation: Réchauffeurs haute performance basés sur des films de graphite à l’échelle nanométrique (23 mai 2022) Extrait le 23 mai 2022 de https://phys.org/news/2022-05-high-performance-heaters-based-nanoscale-thick-graphite.html

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