Graphene ve High-Temperature Electronics'e Giriş

Graphene, Manchester Üniversitesi'nde ilk önce Andre Geim ve Konstantin Novoselov tarafından 2004 yılında, bu keşif, 2010 yılında Nobel Ödülü'nü kazandı ve olağanüstü özellikleri nedeniyle küresel bir araştırma yaptı. Graphene genellikle 2004 yılında Andre Geim ve Konstantin Novoselov tarafından, Manchester Üniversitesi'nde, son derece elektrik iletkenliği, termal taşıma ve kimyasal stabilitesi nedeniyle bir malzeme olarak şaşırtıcı bir şekilde karşılandı.

Yüksek sıcaklık elektronikleri, havacılık ve otomotivden enerji üretimi ve derin-davıl sondajına kadar endüstrilerde kritik bileşenlerdir. Bu alanlarda cihazlar, genellikle vibrasyonun varlığında, radyasyon ve korrosif ortamlara sahiptir. Geleneksel yarı iletkenler, yüksek üretim maliyetleri ve sınırlı esneklik nedeniyle 150 °C'den muzdariptir.

Grafikteki yüksek sıcaklık endüstriyel elektronikteki potansiyel etkisi çok büyüktür. Gerçek zamanlı izlemeden jet motorlarında, jeotermal iyilerde sağlam sensörlere kadar, grafiken tabanlı bileşenler sistem güvenilirliğini, verimliliğini ve yaşam süresini önemli ölçüde artırabilir.Bu makale, grafiken bu sert ortamlar için uygun olan temel özellikleri inceler ve yaygın endüstriyel kabul almadan önce ele alınması gereken zorlukları tartışır.

Endüstriyel Kullanıma Sahip Graphene Relevant Özellikleri

Grafikene'nin yüksek sıcaklık elektroniklerinde neden başarılarını anlamak temel fiziksel ve kimyasal özelliklerine bir göz atın. Aşağıdaki özellikler özellikle endüstriyel dağıtım için ilgilidir.

Yüksek Termal Davranış

Grafene, tüm malzemeler arasında bilinen en yüksek termal iletkenliklerden birine sahiptir, yaklaşık 5000 W /m·K yakın oda sıcaklığında ölçülmelidir.Bu değer, bakırın (400 W/m·K) ve elmas (2200 W /m·K) ve elmasın ısıtılması, ısı iletkenliği azalır, ancak ısı geçişi nedeniyle oldukça yüksek kalır; Bu, grafiksel bir ısıtıcısı için bu şekilde ölçeklendirmek için ısıtılabilir ve ısıtılır.

Dışsal Elektriksel Davranış

Grafikteki elektronlar, yüksek sıcaklıklarda, taşıyıcı hareketlerinin 200.000 cm2/V'yi aştığını varsayıyor.Politik koşullar altında bile, silikon dioksit gibi substratlar üzerinde destekleniyor, on binlerce kanalda, yüksek sıcaklıklarda, mobilitenin yüksek oranda artması nedeniyle düşüşler devam ediyor, ancak grafikte 300'den fazla Sihirli kanaldan daha fazla faydalanıyor.

Mekanik Kuvvet ve Flexability

Graphene, 130 GPa ve Genç'in 1 TPa'nın Modulusu'nun bir çekme gücü ile ölçen en güçlü malzemedir ve ayrıca eğimli yüzeylere veya yapısal bileşenlere entegre edilebilir olan esnekliğin de önünü açar.

Kimyasal İstikrar

Grafene'nin mükemmel sp2-hiperize karbon latticesi kimyasal olarak birçok koşuldan altındadır. Havadaki yaklaşık 400 °C'ye karşı dirençlidir ve inert atmosferlerde daha yüksek sıcaklıklara da hizmet edebilir (ACS Nano çalışma). Bu kimyasal direnç, aşındırıcı gazlar, sıvılar veya yüksek sıcaklık değiştirici reaksiyonları içeren endüstriyel ortamlar için önemlidir.

Yüksek Çağature Elektronikinde Graphene Uygulamaları

Yukarıda açıklanan özelliklerin eşsiz kombinasyonu, geniş bir endüstriyel uygulama yelpazesine olanak sağlar. Aşağıda grafikene'nin önemli bir etki haline geldiği veya ayarlandığı en umut verici alanları detaylandırırız.

Yüksek hacimli Sensörler

Nature grafiği için en acil fırsatlardan biri, yüksek sıcaklıklarda çalışan algılayıcı cihazlardır. Örneğin, jet motorları ve gaz türbinlerinin baskı, sıcaklık ve gaz kompozisyon sensörleri gerekir - 500 °C veya daha fazla Graphene bazlı baskı sensörleri, geleneksel metal-oksik sensörlerin üniversitedeki mikroskoplarda görülen aşırı derecede hassaslığı korur.

Gelişmiş Termal Yönetim Sistemleri

Elektronik cihazlar daha güçlü ve miniaturized olarak, ısı dağılımı sınırlı bir faktör haline gelir. Graphene'nin yüksek ısı iletkenliği, yüksek güç sanayi elektroniklerinde termal yönetim çözümleri için ideal bir malzeme yapar. Graphene- bazlı ısıtıcılar, 10-20°C'ye kıyasla, bakır veya alüminyuma kıyasla, önemli ölçüde ısıtılabilirliği azaltılabilirliği (TIM) ile birlikte 50 inçlik ısı iletkenliği sağlar.

Robust Electronic Elements for Aerospace and Automotive

Havacılık ve otomotiv endüstrileri, yüksek sıcaklık mantığı devrelerinin altında hayatta kalabilen giderek daha fazla elektroniktir, ki bu cihazlar 300 °C'yi aşabilir ve karmaşık sistemlere göre daha fazla çalışır (GFETs) bir çipin farklı kısımlarına bağlanmakta - yüksek çözünürlük olmadan 500 °C'ye kadar çalışır.

Yüksek Çağ Ortası Çevreleri için Enerji Depolama Cihazları

Enerji depolama, grafikte yüksek sıcaklık aralığının (--sıcaklık istikrarı) ve iyonik sıvı elektrolitler kullanarak daha yüksek sıcaklıklara sahip olan yüksek performanslı iletkenliklere sahip olan yüksek enerji yoğunluklarına sahip olan yüksek sıcaklık aralığına (---sıcaklı hızlarda +80 °C) sahip olmak ve daha güvenli bir şekilde yüksek sıcaklıklara sahip olmak için daha yüksek sıcaklıklar sağlar. Graphene elektrolitler için yüksek performanslı iletkenler sağlar.

Meydanlar ve Future Perspektifleri

Olağanüstü potansiyeline rağmen, grafikene'in endüstriyel yüksek sıcaklık elektroniklerine entegrasyonu, devam eden araştırma ve geliştirme yoluyla üstesinden gelmeleri gereken birkaç önemli engelle karşı karşıyadır.

Büyük-Scale Production ve Malzeme Kalitesi

Yüksek kaliteli grafiklere büyük miktarlarda yüksek maliyetle çözüm üretmek, hataların tanıtılması veya kirlenmenin sağlanması gibi yöntemler zor değildir. Metal folyolarda yüksek büyüme, özellikle de yüksek sıcaklıklarda, metal kapaklar üzerinde teknikler keşfeder, ancak kaliteli tekelleri sağlamak için onları zincirler haline getirir.

Malzeme Konsistliği ve Reproditeability

Endüstriyel kabul için, her grafikene aynı elektrik ve termal özelliklere sahip olmalıdır.Mevcut üretim yöntemleri genellikle katman sayısı, hata yoğunluğu ve doping seviyesi ile malzeme verir (örneğin, Raman spektroskopi, sayfa direnci ve termal iletkenlik ölçümleri gibi).

Mevcut Üretim Süreçleri ile entegrasyon

Geleneksel yarı iletken üretim hatlarına entegre etmek, non-trivial. Graphene, fotolitoloji ve etching'de kullanılan birçok kimyasala karşı hassastır ve tipik temiz oda süreçleri özellikle termal taşımalardan sonra yüksek olabilir. Yeni işlem akışları - kuru transfer, lazer tarif veya doğrudan yazma teknikleri gibi - bu sorunları önlemek için geliştirilir.

Bandgap Engineering

Graphene'nin bir bandgap eksikliği, dijital mantıkta kullanımını sınırlandırır, çünkü transistörler tamamen kapatılamaz, yüksek sıcaklıklarda yüksek devletli sızıntı akımlara yol açar. analog uygulamalar ve sensörler buna tahammül edebilirken, birçok endüstriyel elektronik, yüksek çözünürlükte (hBN) hızlara sahip geçiş yapar.

Maliyet ve Ekonomik Viability

Şu anda yüksek kaliteli grafikler üretmek geleneksel yarı iletken malzemelerden daha pahalıdır. CVD grafiklerene filmlerinin maliyeti kare sentimetre başına birkaç dolar değerindedir, silikon için pennieslere kıyasla.Bu arada, yüksek sıcaklık uygulamaları sadece mevcut maliyeti azaltabilecek bir prim olarak komuta edebilir.

Güvenilirlik ve Uzun Süreli Stability

Grafikte kendisi kimyasal olarak stabil olsa da, tam cihaz paketi – substratlar, elektrolar, enkaplarasyon ve interconnect malzemeler dahil - ayrıca binlerce saat boyunca yüksek sıcaklıklara da dayanabilir. Endüstriyel ortamlardaki grafik tabanlı elektronik için uzun vadeli güvenilirlik verileri yetersizdir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Graphene'nin olağanüstü elektrik, termal ve mekanik özellikleri, yüksek sıcaklık sensörleri, termal yönetim, sağlam elektronik bileşenler ve enerji depolama cihazları gibi dönüştürücü bir materyal olarak ortaya çıkmaktadır. Ancak, yüksek sıcaklıklarda yüksek oranda üretim, malzeme tutarlılığı, üretim entegrasyonu ve hatta uzun vadeli güvenilirlik gibi bazı alternatifler mevcuttur.

Endüstri kabul yolu, akademi, endüstri ve standartlaştırma organlarının koordineli çabaları gerektirecektir. Üretim yöntemleri olgun ve yeni cihaz mimarisi geliştiriliyor, grafiken, geleneksel malzemeler temel olarak başarısız olduğu uygulamalardaki ilk ayak izlerini bulmak için muhtemelen olacaktır.Bir sonraki on yıl boyunca başarılı olacaktır: Grafiksel olarak yüksek sıcaklık elektroniklerinin gerçek dünya endüstriyel ortamlardaki performansın - motor izleme, derin-da algılama ve güç dönüştürücüler gibi - daha geniş çaplı bir şekilde dağıtım yolunu açacak.

[FONT:0) Grafikte ve endüstriyel uygulamaları hakkında daha fazla okuma için, Doğadaki orijinal izolasyon kağıdı ) ve değerlendirmeler [DüzDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜ