¿Qué son las Hojas de Grafito?
Conforme los dispositivos electrónicos, como los teléfonos móviles, continúan reduciendo su tamaño y peso mientras aumentan en complejidad y funcionalidad, el desafío del calor generado se intensifica.
Comparadas con otros metales, como el cobre que presenta una alta conductividad térmica, las láminas de grafito ofrecen una conductividad térmica de dos a cinco veces superior. Aunque ligeramente inferior a la del diamante, el grafito aún supera la conductividad térmica de muchos otros metales. Esta propiedad confiere al grafito una excelente capacidad de disipación y difusión de calor, lo que lo hace idóneo para enfrentar el montaje de componentes electrónicos de alta densidad. Además, se proyecta que el grafito se convertirá en un material delgado y flexible capaz de resistir altas temperaturas.
Un ejemplo destacado son las láminas de grafito cristalino PGS (PGS = Pyrolytic Graphite Sheet), reconocidas como láminas de grafito de alta conductividad térmica y flexibilidad fabricadas localmente (marca registrada de Panasonic Corporation). Estas láminas tienen el potencial de desempeñar un papel crucial en la gestión térmica en dispositivos electrónicos avanzados.
Aplicaciones de las Hojas de Grafito
Es muy eficaz para la difusión y disipación del calor en diversas aplicaciones, como los dispositivos electrónicos móviles.
Además de aparatos domésticos como smartphones, teléfonos móviles, cámaras digitales, tabletas y periféricos de PC y dispositivos LED, las láminas de grafito también se utilizan en equipos de fabricación de semiconductores (sputtering, grabado en seco, etc.) y en comunicaciones ópticas y estaciones base.
Las hojas de grafito también se utilizan como material resistente al calor en diversos campos distintos de los mencionados anteriormente, y el mercado está creciendo rápidamente hasta alcanzar una escala de 100 mil millones de yenes (2017).
Principios de las Hojas de Grafito
El proceso de fabricación de las hojas de grafito se basa, sencillamente, en un principio muy simple: una película de polímero con una estructura molecular especial se piroliza a altas temperaturas y se sinteriza a temperaturas ultraelevadas para producir una estructura cristalina altamente orientada en la dirección del plano, próxima a la de un monocristal.
Sin embargo, esta materia prima especial es un secreto comercial y no es posible explicar por qué se forma grafito cuando se utiliza esta materia prima especial.
Entonces, ¿por qué es esencial el tratamiento térmico para los materiales poliméricos con contenido de carbono? La razón es clara en esta situación.
Cuando se exponen a altas temperaturas en ambientes sin oxígeno:
- A 500 °C, reaccionan con hidrógeno.
- A 1000 °C, esta reacción ocurre con oxígeno.
- A 2000 °C, se involucra el nitrógeno.
- Finalmente, a 3000 °C, quedan solo átomos de carbono.
En esta etapa, se produce la formación de “cristales de grafito de alta calidad” a partir de estos átomos de carbono. A diferencia del grafito común, estas láminas tienen una estructura tridimensional apilada, lo que confiere sus notables propiedades térmicas y mecánicas.
Debido a esta estructura en capas, la conductividad térmica de las hojas de grafito se caracteriza por el hecho de que el calor apenas se transfiere en la dirección del espesor, pero sí rápidamente en la dirección de la fluencia.
Además, no se requieren procesos complejos para su producción, lo que permite abaratar costes y, como la sustancia es el propio carbono, tiene la ventaja de cumplir la directiva RoHS.