Синтезируемые в плазме композитные наноматериалы из графена и меди защитят электронику от перегрева

Используя плазменно-химический синтез, исследователи создали композитные наночастицы, сочетающие графен и медь. Этот метод, отличающийся простотой и возможностью масштабирования, позволяет компонентам формировать композитные структуры непосредственно в плазменной струе. Разработанный подход перспективен для создания теплообменников, эффективно отводящих тепло от электронных устройств. Композиты графена и меди превосходят чистую медь по легкости, прочности и теплопроводности. Результаты работы, поддержанной Российским научным фондом, опубликованы в журнале Applied Surface Science.

Современная электроника становится все мощнее, что приводит к перегреву устройств, от смартфонов до электродвигателей. Для решения этой проблемы применяют медные теплоотводы, однако они тяжелые и дорогие. Альтернативой могут стать композитные материалы, такие как наночастицы меди и графена.

Плазменно-химический синтез – один из способов получения металл-графеновых наночастиц. Он заключается во взаимодействии исходных компонентов в плазменной струе, в результате чего образуются наночастицы с металлическим ядром, покрытым графеном. Такие композиты объединяют свойства металла (тепло- и электропроводность) с прочностью и легкостью графена.

Ученые из Института проблем сверхпластичности металлов РАН (Уфа) и Объединенного института высоких температур РАН (Москва) синтезировали и изучили медь-графеновые частицы, используя плазматрон с электродуговой горелкой. В процессе генерации плазмы от медного электрода отделялись наночастицы меди, а в смеси пропана и бутана формировались графеновые чешуйки. Композитные структуры образовывались при столкновении медных наночастиц с графеном.

С помощью моделирования методом молекулярной динамики ученые исследовали механизмы синтеза композитных частиц. Установлено, что скорость движения наночастиц меди влияет на морфологию конечного продукта: при низких скоростях медь прикрепляется к графену, при средних – «заворачивается» в него, а при высоких – прорывает графеновый лист.