تولید بخاری با عملکرد بالا با استفاده از لایه‌های کربنی نانومقیاس

به تازگی با استفاده از لایه‌های نانومقیاس کربنی، بخاری ساخته شده که با ولتاژ بسیار کم قادر به رسیدن به دما‌های بالاست.

کد خبر: ۱۰۱۳۶۴۵

سه‌شنبه - ۱۰ خرداد ۱۴۰۱ / May 31, 2022

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، به تازگی با استفاده از لایه‌های نانومقیاس کربنی، بخاری ساخته شده که با ولتاژ بسیار کم قادر به رسیدن به دما‌های بالا است.

ترکیب چندین نانومواد کربنی در یک ماده واحد می‌تواند خواص شگفت‌انگیزی را به همراه داشته باشد. محققان دانشگاه علم و صنعت ملک عبدالله، لایه‌های گرافیتی نازکی ایجاد کرده‌اند که می‌توانند به‌عنوان پانل‌های حرارت دهنده، یا بخاری انعطاف‌پذیر با کارایی بالا عمل کنند، به طوری که در عرض چند ثانیه با اعمال یک ولتاژ کوچک به چند صد درجه می‌رسند. آن‌ها همچنین نشان دادند که کلید عملکرد گرمایش استثنایی این ماده، وجود تک لایه‌های کربنی در لایه گرافیتی است.

به عنوان رسانای گرمایی، نانومواد کربن گرافیتی به طور فزاینده‌ای برای مدیریت گرما، نظیر دفع گرما از ریزتراشه‌ها استفاده می‌شوند. از همین مواد می‌توان به عنوان بخاری برقی نیز استفاده کرد.

جی‌دئوکار از محققان این پروژه، می‌گوید: «نیاز به توسعه پانل‌های بخاری انعطاف‌پذیر و کم مصرف وجود دارد و در این بین، نانوکربن‌ها رقبای کلیدی هستند.»

او می‌افزاید: «با این حال، تاکنون عملکرد الکتروترمال آن‌ها محدود بوده است. بخاری‌های مبتنی بر نانوکربن معمولاً برای رسیدن به دمای هدف ۲۵۰ درجه سانتی‌گراد به ورودی ۲۰ تا ۶۰ ولت نیاز دارند. آن‌ها همچنین ممکن است به سرعت در هنگام گرم شدن در هوا تجزیه شوند.»

کوستا، دیوکار و همکارانشان به تازگی روشی برای تولید لایه‌های گرافیتی ضخیم در مقیاس نانو (NGF) در مقیاس ویفر توسعه داده‌اند. پژوهشگران توانستند به راحتی آن‌ها را به بستر‌های دلخواه منتقل کنند. دیوکار می‌گوید: «این ویژگی‌های NGF ما را بر آن داشت تا کاربرد آن‌ها را در فناوری‌های مدیریت حرارتی بررسی کنیم.»

هنگامی که این تیم NGF‌ها را بر روی ورق‌های انعطاف‌پذیر کاپتون قرار داد و الکترود‌های طلا را اعمال کرد، عملکرد بخاری آن‌ها بسیار برتر از بخاری‌های نانو کربنی گزارش‌شده قبلی بود. با اعمال ولتاژ کمتر از ۸ ولت، این ماده در عرض چند ثانیه به دمای هدف ۳۰۰ درجه سانتیگراد رسید. خنک شدن به همان اندازه سریع بود. دیوکار می‌گوید: «ما همچنین ثبات فوق‌العاده‌ای را مشاهده کردیم و نشان دادیم که NGF می‌تواند به عنوان یک ابزار قابل استفاده مجدد برای جوشاندن آب استفاده شود.»

پدرو می‌افزاید: «ما آن‌ها را در دمای دو برابر بیشتر از سایر نانوکربن‌ها (با تقریباً نیمی از توان ورودی) کار کردیم و ناحیه گرمایش مفید نیز افزایش یافت، به این معنی که کارایی پانل به طور قابل‌توجهی بهتر بود.»

کاربرد‌های بالقوه این ماده می‌تواند از گرمکن‌های مینیاتوری برای حسگر‌ها یا دستگاه‌های میکروسیال گرفته تا بخاری‌های مقیاس صنعتی، مانند مه‌گیر‌های هوانوردی یا تنظیم‌کننده‌های گرمای فضا، متغیر باشد.

عملکرد عالی NGF به دلیل وجود گرافن و چین و چروک در ساختار آن است که به عنوان نقاط داغ عمل می‌کنند. دیوکار می‌گوید: «این ویژگی‌های ساختاری در سراسر سطح NGF توزیع شده‌اند و دمای بالا و انتشار یکنواخت گرما را توضیح می‌دهند.»

پدرو می‌افزاید: «اگرچه چروک‌ها ویژگی‌های رایج در سایر فیلم‌های گرافیتی با ضخامت نانو هستند، اما حوزه‌های گرافن در NGF‌های ما منحصربه‌فرد هستند.»

او می‌گوید: «حضور و عملکرد حوزه‌های گرافن چیزی است که ما می‌خواهیم آن را بهتر درک کنیم.»