The use of thermal mapping in evaluation of mechanically induced electrical degradation of graphene - based transparent heaters

• Autorzy: Kozłowska A. , Gawlik G. , Piątkowska A. , Krajewska A. , Kaszub W.

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie mapowania termicznego do oceny elektrycznej degradacji uszkodzonych mechanicznie grafenowych przezroczystych elementów grzejnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The purpose of this study is to investigate temperature distributions of graphene-based transparent heaters deposited on glass. Furthermore it analyses the influence of layer discontinuities such as scratches and cracks on the performance of Joule-heated samples. Graphene mechanical strength was examined by the nanoscratch method at incremental loads using a ball on a flat sample surface. In the case of the controlled load several scratches were produced on the graphene surface. Tribological tests were conducted at different constant loads. the paper presents scanning electron micrograph (seM) observations of the modified graphene surface. Infrared imaging of Joule-heated samples indicates a significant uniformity deterioration of the thermal maps due to the current flow alteration in the presence of structural imperfections. The results obtained in the course of this study give new insight into the role of defects such as cracks or discontinuities in the overall performance of graphene transparent layers.

PL

W pracy przeprowadzone zostały badania rozkładów termicznych elementów grzejnych zawierających warstwy grafenowe naniesione na szkło. Analizowany był wpływ nieciągłości warstwy w postaci zarysowań i pęknieć. Mechaniczna wytrzymałość grafenu badana była za pomocą metody nano-zarysowań przy narastającym obciążeniu kulki oddziaływującej na płaską powierzchnię próbki. Przy zastosowaniu kontrolowanego maksymalnego obciążenia wykonano szereg rys na powierzchni grafenu. Przeprowadzono testy tribologiczne dla różnych stałych obciążeń. W pracy zawarto wyniki analizy zmodyfikowanej powierzchni grafenu za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego (SEm). Obrazowanie w podczerwieni próbek podgrzewanych za pomocą wydzielanego ciepła Joula wskazały na znaczne pogorszenie jednorodności rozkładów termicznych, na skutek zmiany drogi przepływu prądu w przypadku występowania niedoskonałości strukturalnych. Wyniki pozwalają na ocenę wpływu defektów w postaci pęknięć i nieciągłości na działanie przezroczystych grafenowych warstw grzejnych.

Słowa kluczowe

EN

graphene; transparent layer; heating element; infrared imaging; thermal distribution; mechanical defect

PL

grafen; warstwa przezroczysta; element grzejny; obrazowanie w podczerwieni; rozkład termiczny; defekt mechaniczny

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych
• Czasopismo: Materiały Elektroniczne
• Rocznik: 2017
• Tom: T. 45, nr 1
• Strony: 12--17
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys.

Twórcy

autor

Kozłowska A.

• Institute of Electronic Materials Technology, 133 Wólczynska str., 01-919 Warsaw, Poland

autor

Gawlik G.

• Institute of Electronic Materials Technology, 133 Wólczynska str., 01-919 Warsaw, Poland

autor

Piątkowska A.

• Institute of Electronic Materials Technology, 133 Wólczynska str., 01-919 Warsaw, Poland

autor

Krajewska A.

• Institute of Electronic Materials Technology, 133 Wólczynska str., 01-919 Warsaw, Poland

autor

Kaszub W.

• Institute of Electronic Materials Technology, 133 Wólczynska str., 01-919 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Kang J., Kim H., Kim K. S., et al: High-performance graphene-based transparent flexible heaters, Nano Letters, 2011, 11, 12, 5154 - 5158, 10.1021/nl202311v
• [2] Kozłowska A., Kachniarz M., Gawlik G., Szewczyk R., Wojtasiak M.: Graphene Joule heating measurements in environmental chamber, Progress in Automation, Robotics and Measuring Techniques, Advances in Intelligent Systems and Computing, 2015, 352, 129 - 135
• [3] Wróblewski G, Kiełbasiński K, Swatowska B, Jaglarz J, Marszałek K, Stapiński T, Jakubowska M.: Carbon nanomaterials dedicated to heating systems, Circuit World, 2015, 41, 3, 102 - 106, 10.1108/CW-05-2015- 0021
• [4] Bonaccorso F., Sun Z., Hasan T., Ferrari A. C.: Graphene photonics and optoelectronics, Nature Photonics, 2010, 4, 611 - 622, 10.1038/nphoton.2010.186
• [5] Li X., Fang M., Wang W., Guo S., Liu W., Liu H., Wang X.: Graphene heat dissipation film for thermal management of hot spot in electronic device, J. Mater. Sci.: Mater. Electron., 2016, 27, 7715 - 7721, 10.1007/s10854-016-4758-0
• [6] Grosse K. L., Dorgan V. E., Estrada D.: Direct observation of resistive heating at graphene wrinkles and grain boundaries, Appl. Phys. Lett., 2014, 105, 143109 - 143112, 10.1063/1.4896676
• [7] Kozłowska A., Gawlik G., Szewczyk R., Piątkowska A., Krajewska A.: Infrared Thermal Emission from Joule-Heated Graphene with Defects, Asia Communications and Photonics Conference 2014, OSA Technical Digest, paper ATh4B.2, 10.1364/ACPC.2014. ATh4B.2
• [8] Beechem T. E., Shaffer R. A., Nogan J., Ohta T., Hamilton A. B. McDonald A. E., Howell S. W.: Self-heating and failure in scalable graphene devices, Scientific Reports, 2016, 6:26457,1 - 7
• [9] Lee C., Wei X., Kysar J. W., Hone J.: Measurement of the Elastic Properties and Intrinsic Strength of Monolayer Graphene, Science, 2008, 321, 385 - 388, 10.1126/science.1157996

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).