High-performance flexible electrothermal Joule heaters from laser reduced F-N Co-doped graphene oxide with extended Sp2 networks

材料科学 石墨烯 兴奋剂 杂原子 光电子学 氧化物 纳米技术 焦耳加热 复合材料 冶金 有机化学 化学 戒指(化学)
作者
Sandra A.N. Tembei,Mariamu Kassim Ali,Amr Hessein,Ahmed M. R. Fath El-Bab,Ahmed Abd El‐Moneim
出处
期刊:FlatChem [Elsevier BV]
卷期号:36: 100437-100437 被引量:3
标识
DOI:10.1016/j.flatc.2022.100437
摘要

Phonons play an important role in heat generation and propagation across graphene lattice; however, this is hindered by graphene heteroatom doping which generates highly defected structures. Consequently, heteroatom doping has not been primarily explored in electrothermal materials despite presenting a cost-effective and metal-free method of improving electronic activity in flexible 2D materials. Herein, we present a facile and scalable technique for fabrication of fluorine-nitrogen co-doped laser reduced graphene oxide (FN-G) Joule heaters by ultrasonic wetchemical doping and maskless laser writing method. Films containing 6.14 at. % F and 3.22 at. % N, low sheet resistance of 24.49 O/sq. and uniquely high degree of atomic ordering indicated by an ID/IG of 0.16 were successfully fabricated. The heaters showed highly competitive transient electrothermal behaviour with a saturation temperature of 365 °C for only 9 V applied voltage, high heating rate of 385.33 °C/s, and average response time of 0.68 s. An excellent temperature distribution, low power requirement, and a net-zero degradation in the electrical and electrothermal properties even after 500 bending cycles was demonstrated. These high-performance features render the FN-G heater suitable for applications in wearable electronics powered by low voltage portable electrochemical cells.

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