A combinação de vários nanomateriais de carbono em uma única substância pode produzir propriedades surpreendentes. Os pesquisadores da KAUST criaram filmes finos de grafite que podem atuar como painéis aquecedores flexíveis de alto desempenho, atingindo várias centenas de graus em segundos quando uma pequena tensão é aplicada. Eles também mostraram que a chave para o desempenho excepcional de aquecimento do material são os domínios de grafeno dentro do filme de grafite.
Como excelentes condutores térmicos, os nanomateriais de carbono grafítico são cada vez mais usados ​​para gerenciamento de calor, por exemplo, para dissipar o calor de microchips. Os mesmos materiais também podem ser usados ​​como aquecedores elétricos.

"Há uma necessidade de desenvolver painéis de aquecimento flexíveis e de baixa potência, e os nanocarbonos são os principais candidatos", diz G. Deokar, pós-doutorando no laboratório de Pedro Costa, que liderou o trabalho. "Até agora, no entanto, seu desempenho eletrotérmico foi limitado", acrescenta ela. Os aquecedores à base de nanocarbono geralmente exigem uma entrada de 20 a 60 volts para atingir uma temperatura alvo de 250 graus Celsius. Eles também podem se degradar rapidamente quando aquecidos ao ar.

Costa, Deokar e seus colegas desenvolveram recentemente um método para fabricar filmes de grafite de espessura nanométrica (NGFs) em escala de wafer. Eles também foram capazes de transferi-los facilmente para substratos arbitrários, sem os resíduos frequentemente presentes nos painéis de grafeno. "Essas características do NGF nos levaram a investigar sua aplicação em tecnologias de gerenciamento térmico", diz Deokar.

Quando a equipe colocou NGFs em folhas flexíveis de Kapton e aplicou eletrodos de ouro, o desempenho do aquecedor foi muito superior aos aquecedores de nanocarbono relatados anteriormente. Aplicando menos de 8 volts, o material atingiu uma temperatura alvo de 300 graus Celsius em segundos. O resfriamento foi igualmente rápido. "Também observamos excelente estabilidade e mostramos que o NGF pode ser usado como um adesivo reutilizável externo para ferver água", diz Deokar.

“Nós os operamos com o dobro da temperatura máxima de outros nanocarbonos (com cerca de metade da entrada de energia) e a área útil de aquecimento também foi aumentada, o que significa que a eficiência do painel foi consideravelmente melhor”, acrescenta Pedro.

As aplicações potenciais para o material podem variar de aquecedores em miniatura para sensores ou dispositivos microfluídicos a aquecedores em escala industrial, como desembaçadores de aviação ou reguladores de calor espacial.

O entendimento de trabalho da equipe é que o excelente desempenho do NGF se deve à presença de domínios de grafeno e rugas no material, que atuam como hotspots. “Essas características estruturais estão distribuídas por toda a superfície do NGF, explicando as altas temperaturas e a propagação uniforme do calor”, diz Deokar.

Embora as rugas sejam características comuns em outros filmes de grafite de espessura nanométrica, os domínios de grafeno em nossos NGFs são únicos, acrescenta Pedro. "A presença e função dos domínios do grafeno é algo que queremos entender melhor", diz ele. + Explorar mais

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