Med støtte, grafen stadig en overlegen termisk leder

Det enkelte atom tykke materiale grafen bevarer sin høje varmeledningsevne, når det understøttes af et substrat, et kritisk skridt til at fremme materialet fra et laboratoriefænomen til en nyttig komponent i en række nano-elektroniske enheder, forskere rapporterer i 9. april -udgaven af ​​tidsskriftet Science.

Teamet af ingeniører og teoretiske fysikere fra University of Texas i Austin, Boston College, og Frankrigs kommission for atomenergi rapporterer, at det supertynde ark med carbonatomer - taget fra det tredimensionelle materiale grafit - kan overføre varme mere end dobbelt så effektivt som kobbertynde film og mere end 50 gange bedre end tynde film af silicium.

Siden opdagelsen i 2004, grafen er blevet set som et lovende nyt elektronisk materiale, fordi det tilbyder overlegen elektronmobilitet, mekanisk styrke og varmeledningsevne. Disse egenskaber er afgørende, da elektroniske enheder bliver mindre og mindre, præsenterer ingeniører for et grundlæggende problem med at holde enhederne kølige nok til at fungere effektivt.

Forskningen fremmer forståelsen af ​​grafen som en lovende kandidat til at trække varme væk fra "hot spots", der dannes i de stramme strækninger på enheder bygget på mikro- og nano -skalaen. Fra et teoretisk synspunkt, teamet udviklede også et nyt syn på, hvordan varmen strømmer i grafen.

Når den suspenderes, grafen har ekstremt høj varmeledningsevne på 3, 000 til 5, 000 watt pr. Meter pr. Kelvin. Men til praktiske anvendelser, kyllingetrådlignende grafengitter ville blive fastgjort til et substrat. Holdet fandt understøttet grafen stadig har varmeledningsevne så højt som 600 watt pr. Meter pr. Kelvin nær stuetemperatur. Det overstiger kobberens varmeledningsevne langt, cirka 250 watt, og silicium, kun 10 watt, tynde film, der i øjeblikket bruges i elektroniske enheder.

Tabet i varmeoverførsel er resultatet af grafens interaktion med substratet, som forstyrrer vibrationsbølgerne af grafenatomer, når de støder mod det tilstødende substrat, ifølge medforfatter David Broido, en Boston College professor i fysik.

Konklusionen blev trukket ved hjælp af tidligere teoretiske modeller om varmeoverførsel inden for suspenderet grafen, Sagde Broido. Arbejder med den tidligere BC -kandidatstuderende Lucas Lindsay, nu instruktør ved Christopher Newport University, og Natalio Mingo fra Frankrigs kommission for atomenergi, Broido undersøgte igen den teoretiske model, der var beregnet til at forklare ydeevnen af ​​suspenderet grafen.

"Som teoretikere, vi er meget mere løsrevet fra enheden eller den tekniske side. Vi er mere fokuseret på det grundlæggende, der forklarer, hvordan energi strømmer gennem et ark grafen. Vi tog vores eksisterende model for suspenderet grafen og udvidede den teoretiske model til at beskrive denne interaktion, der finder sted mellem grafen og substratet og indflydelsen på varmens bevægelse gennem materialet og, ultimativt, det er varmeledningsevne. "

Ud over sin overlegne styrke, elektronmobilitet og varmeledningsevne, grafen er kompatibel med tyndfilm silicium transistor enheder, en afgørende egenskab, hvis materialet skal bruges til billige omkostninger, masseproduktion. Graphene nano-elektroniske enheder har potentiale til at forbruge mindre energi, køre køligere og mere pålideligt, og fungerer hurtigere end den nuværende generation af silicium- og kobberanordninger.