In this paper, a copper foil-thick grapheme (thin graphite sheet)-copper foil structure is reported to achieve mechanically strong and high thermal conductive layer suitable for heat spreading components. Since graphene provides much higher thermal conductivity than copper, thick graphene embedded copper layer can achieve higher effective thermal conductivity which is proportional to graphene/copper thickness ratio. Since copper is nonreactive with carbon material which is graphene, chromium is used as adhesion layer to achieve copper-thick graphene-copper bonding for graphene embedded copper layer. Both sides of thick graphene were coated with chromium as an adhesion layer followed by copper by sputtering. The copper foil was bonded to sputtered copper layer on thick graphene. Angstrom's method was used to measure the thermal conductivity of fabricated copper-thick graphene-copper structure. The thermal conductivity of the copper-thick graphene-copper structures is measured as $686W/m{\cdot}K$ which is 1.6 times higher than thermal conductivity of pure copper.
In this paper, in-situ heat cooling with temperature monitoring is reported to solve thermal issues in electric vehicle (EV) batteries. The device consists of a thick graphene cooler on top of the substrate and a platinum-based resistive temperature sensor with an embedded heater above the graphene. The graphene layer is synthesized by using chemical vapor deposition directly on the Ni layer above the Si substrate. The proposed thick graphene heat cooler does not use transfer technology, which involves many process steps and does not provide a high yield. This method also reduces the mechanical damage of the graphene and uses only one photomask. Using this structure, temperature detection and cooling are conducted simultaneously using one device. The temperature coefficient of resistance (TCR) of a $1{\times}1mm^2$ temperature sensor on 1-$\grave{i}m$-thick graphene is $1.573{\times}10^3ppm/^{\circ}C$. The heat source cools down $7.3^{\circ}C$ from $54.4^{\circ}C$ to $47.1^{\circ}C$.
Current paper deals with thermoelastic static and free vibrational behaviors of axisymmetric thick cylinders reinforced with functionally graded (FG) randomly oriented graphene subjected to internal pressure and thermal gradient loads. The heat transfer and mechanical analyses of randomly oriented graphene-reinforced nanocomposite (GRNC) cylinders are facilitated by developing a weak form mesh-free method based on moving least squares (MLS) shape functions. Furthermore, in order to estimate the material properties of GRNC with temperature dependent components, a modified Halpin-Tsai model incorporated with two efficiency parameters is utilized. It is assumed that the distributions of graphene nano-sheets are uniform and FG along the radial direction of nanocomposite cylinders. By comparing with the exact result, the accuracy of the developed method is verified. Also, the convergence of the method is successfully confirmed. Then we investigated the effects of graphene distribution and volume fraction as well as thermo-mechanical boundary conditions on the temperature distribution, static response and natural frequency of the considered FG-GRNC thick cylinders. The results disclosed that graphene distribution has significant effects on the temperature and hoop stress distributions of FG-GRNC cylinders. However, the volume fraction of graphene has stronger effect on the natural frequencies of the considered thick cylinders than its distribution.
Graphene has been synthesized on 100- and 300-nm-thick Ni/$SiO_2$/Si substrates with $CH_4$ gas (1 SCCM) diluted in mixed gases of 10% $H_2$ and 90% Ar (99 SCCM) at $900^{\circ}C$ by using inductively-coupled plasma chemical vapor deposition (ICP-CVD). The film morphology of 100-nm-thick Ni changed to islands on $SiO_2$/Si substrate after heat treatment at $900^{\circ}C$ for 2 min because of grain growth, whereas 300-nm-thick Ni still maintained a film morphology. Interestingly, suspended graphene was formed among Ni islands on 100-nm-thick Ni/$SiO_2$/Si substrate for the very short growth of 1 sec. In addition, the size of the graphene domains was much larger than that of Ni grains of 300-nm-thick Ni/$SiO_2$/Si substrate. These results suggest that graphene growth is strongly governed by the direct formation of graphene on the Ni surface due to reactive carbon radicals highly activated by ICP, rather than to well-known carbon precipitation from carbon-containing Ni. The D peak intensity of the Raman spectrum of graphene on 300-nm-thick Ni/$SiO_2$/Si was negligible, suggesting that high-quality graphene was formed. The 2D to G peak intensity ratio and the full-width at half maximum of the 2D peak were approximately 2.6 and $47cm^{-1}$, respectively. The several-layer graphene showed a low sheet resistance value of $718{\Omega}/sq$ and a high light transmittance of 87% at 550 nm.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2012.08a
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pp.67-67
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2012
Graphene, two-dimensional one-atom-thick planar sheet of carbon atoms densely packed in a honeycomb crystal lattice, exhibits fascinating electrical properties, such as a linear energy dispersion relation and high mobility in addition to a wide-range optical absorption and high thermal conductivity. Graphene's outstanding tensile strength allows graphene-based electronic and photonic devices to be flexible, bendable, or even stretchable. Recently many groups have reported high performance electronic and optoelectronic devices based on graphene materials, i.e. field-effect transistors, gas sensors, nonvolatile memory devices, and plasmonic waveguides, in which versatile properties of graphene materials have been incorporated into a flexible electronic or optoelectronic platform. However, there are several fundamental or technological hurdles to be overcome in real applications of graphene in electronics and optoelectronics. In this tutorial we will present a short introduction to the basic material properties and recent progresses in applications of graphene to electronics and optoelectronics and discuss future outlook of graphene-based devices.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2014.02a
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pp.188.2-188.2
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2014
Chemical vapor deposition (CVD) method is usually used to grow high-quality large area graphene. In the CVD process, copper is an especially important catalytic-substrate due to the fact that graphene films grown on Cu foils are predominantly one monolayer thick. In this study, we has grown graphene on several types of copper substrates: Cu foils and copper single crystal surfaces such as Cu(100) and Cu(111) are chosen. To investigate the differences between graphene grown on foils and single crystals, we use Raman spectroscopy, X-ray diffraction and atomic force microscopy. Details of the experimental results will be presented.
Mono- and few-layer graphenes were grown on Ni thin films by rapid-thermal pulse chemical vapor deposition technique. In the growth steps, the exposure step for 60 s in $H_2$ (a flow rate of 10 sccm (standard cubic centimeters per minute)) atmosphere after graphene growth was specially established to improve the quality of the graphenes. The graphene films grown by exposure alone without $H_2$ showed an intensity ratio of $I_G/I_{2D}$ = 0.47, compared with a value of 0.38 in the films grown by exposure in H2 ambient. The quality of the graphenes can be improved by exposure for 60 s in $H_2$ ambient after the growth of the graphene films. The physical properties of the graphene films were investigated for the graphene films grown on various Ni film thicknesses and on 260-nm thick Ni films annealed at 500 and $700^{\circ}C$. The graphene films grown on 260-nm thick Ni films at $900^{\circ}C$ showed the lowest $I_G/I_{2D}$ ratio, resulting in the fewest layers. The graphene films grown on Ni films annealed at $700^{\circ}C$ for 2 h showed a decrease of the number of layers. The graphene films were dependent on the thickness and the grain size of the Ni films.
Graphene is a next-generation biomaterial with increasing biomedical applicability. As a new class of one-atom-thick nanosheets, it is a true two-dimensional honeycomb network nanomaterial that attracts interest in various scientific fields and is rapidly becoming the most widely studied carbon-based material. Since its discovery in 2004, its unique optical, mechanical, electronic, thermal, and magnetic properties are the basis of exploration of the potential applicability of graphene. Graphene materials, such as graphene oxide and its reduced form, are studied extensively in the biotechnology arena owing to their multivalent functionalization and efficient surface loading with various biomolecules. This review provides a brief summary of the recent progress in graphene and graphene oxide biological research together with current findings to spark novel applications in biomedicine. Graphene-based applications are progressively developing; hence, the opportunities and challenges of this rapidly growing field are discussed together with the versatility of these multifaceted materials.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2013.08a
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pp.264.1-264.1
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2013
Graphene is a two-dimensional carbon material whose structure is one-atom-thick planar sheet of sp2-bonded carbon atoms densely packed in a honeycomb crystal lattice. It has drawn significant attention with its distinguished structural and electrical properties. Extremely high mobility and a tunable band gap make graphene potentially useful for innovative approaches to electronics. Although mechanical exfoliation of graphite and decomposition of SiC surfaces upon thermal treatment have been the main method for graphene, they have some limitations in quality and scalability of as-produced graphene films. Solutionphase and solvothermal syntheses of graphene achieved a major improvement for processing, however for device fabrication, a reproducible method such as chemical vapor deposition (CVD) growth yielding high quality films of controlled thickness is required. In this research, we synthesized hexagonal graphene flakes on Cu foils by CVD method and controlled its coverage, density and the size of graphene domains by changing reaction parameters. It is important to control these parameters of graphene growth during synthesis in order to achieve tunable properties and optimized device performance.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2014.02a
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pp.115.1-115.1
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2014
Atom-thick 2-dimensional materials such as graphene, h-BN and MoS2 hold substantial potential for applications in future molecular-scale integrated electronics, transparent conducting membranes, nanocomposites, etc. From a fundamental point of view, 2-dim crystal-solid substrates can also serve as a unique system to study various physicochemical phenomena occurring at low dimensions or interfaces. In this talk, I will present our recent Raman spectroscopy studies on the surface science problems of graphene: interfacial charge transfer, molecular diffusion in confined space and structural deformation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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