La combinazione di più nanomateriali di carbonio in un'unica sostanza può produrre proprietà sorprendenti. I ricercatori KAUST hanno creato sottili pellicole di grafite che potrebbero fungere da pannelli riscaldanti flessibili ad alte prestazioni, raggiungendo diverse centinaia di gradi in pochi secondi quando viene applicata una piccola tensione. Hanno anche dimostrato che la chiave per le eccezionali prestazioni di riscaldamento del materiale sono i domini di grafene all'interno della pellicola di grafite.

In quanto eccezionali conduttori termici, i nanomateriali di carbonio grafitico sono sempre più utilizzati per la gestione del calore, ad esempio per dissipare il calore dai microchip. Gli stessi materiali potrebbero essere utilizzati anche come stufe elettriche.

"C'è la necessità di sviluppare pannelli di riscaldamento flessibili a bassa potenza e i nanocarburi sono i principali contendenti", afferma G. Deokar, un post-dottorato nel laboratorio di Pedro Costa, che ha guidato il lavoro. "Finora, tuttavia, le loro prestazioni elettrotermiche sono state limitate", aggiunge. I riscaldatori a base di nanocarbonio richiedono comunemente un ingresso di 20–60 volt per raggiungere una temperatura target di 250 gradi Celsius. Possono anche degradarsi rapidamente se riscaldati in aria.

Costa, Deokar e i loro colleghi hanno recentemente sviluppato un metodo per produrre film di grafite (NGF) su scala nanometrica su scala di wafer. Sono stati anche in grado di trasferirli facilmente su substrati arbitrari, senza i residui spesso presenti nei pannelli di grafene. "Queste caratteristiche dell'NGF ci hanno spinto a studiare la loro applicazione nelle tecnologie di gestione termica", afferma Deokar.

Quando il team ha posizionato gli NGF su fogli flessibili di Kapton e applicato elettrodi d'oro, le loro prestazioni di riscaldamento sono risultate di gran lunga superiori a quelle di riscaldatori a nanocarbonio precedentemente segnalati. Applicando meno di 8 volt, il materiale ha raggiunto una temperatura target di 300 gradi Celsius in pochi secondi. Il raffreddamento è stato altrettanto rapido. "Abbiamo anche osservato un'eccezionale stabilità e dimostrato che l'NGF potrebbe essere utilizzato come cerotto esterno riutilizzabile per far bollire l'acqua", afferma Deokar.

"Li abbiamo fatti funzionare al doppio della temperatura massima rispetto ad altri nanocarburi (con circa la metà della potenza assorbita) e anche l'area di riscaldamento utile è stata aumentata, il che significa che l'efficienza del pannello era considerevolmente migliore", aggiunge Pedro.

Le potenziali applicazioni per il materiale potrebbero variare da riscaldatori in miniatura per sensori o dispositivi microfluidici a riscaldatori su scala industriale, come sbrinatori aeronautici o regolatori di calore spaziale.

La comprensione di lavoro del team è che le eccellenti prestazioni dell'NGF sono dovute alla presenza di domini di grafene e rughe nel materiale, che fungono da hotspot. "Queste caratteristiche strutturali sono distribuite su tutta la superficie dell'NGF, spiegando le alte temperature e la diffusione uniforme del calore", afferma Deokar.

Sebbene le rughe siano caratteristiche comuni in altri film di grafite di dimensioni nanometriche, i domini del grafene nei nostri NGF sono unici, aggiunge Pedro. "La presenza e la funzione dei domini del grafene è qualcosa che vogliamo capire meglio", dice. + Esplora ulteriormente

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