Varmt nyt materiale kan holde elektronik cool:Få atomlag af grafen afslører unikke termiske egenskaber

Professor Alexander Balandin og et team af UC Riverside-forskere, herunder Chun Ning Lau, en lektor i fysik, har taget endnu et skridt mod ny teknologi, der kunne forhindre bærbare computere og andre elektroniske enheder i at blive overophedet.

Balandin, en professor i elektroteknik ved Bourns College of Engineering, eksperimentelt viste i 2008, at grafen, en nyligt opdaget enkeltatom-tyk kulstofkrystal, er en stærk varmeleder. Problemet med praktiske anvendelser var, at det er svært at producere store, enkelt atomlag af høj kvalitet af materialet.

Nu, i et blad udgivet i Naturmaterialer , Balandin og kolleger fandt ud af, at flere lag af grafen, som er nemmere at lave, bevare de stærke varmeledende egenskaber.

Det er også en væsentlig opdagelse i fundamental fysik. Balandins gruppe, ud over målinger, forklaret teoretisk, hvordan materialernes evne til at lede varme udvikler sig, når man går fra konventionelle tredimensionelle bulkmaterialer til todimensionelle atom-tynde film, såsom grafen.

Resultaterne offentliggjort i Naturmaterialer kan have vigtige praktiske anvendelser til fjernelse af spredte høreapparater fra elektroniske enheder.

Varme er et uundgåeligt biprodukt, når man betjener elektroniske enheder. Elektroniske kredsløb indeholder mange varmekilder, inklusive millioner af transistorer og sammenkoblede ledninger. I fortiden, større og større blæsere er blevet brugt til at holde computerchips kølige, hvilket forbedrede ydeevnen og forlængede deres levetid. Imidlertid, efterhånden som computere er blevet hurtigere og gadgets er blevet mindre og mere bærbare, virker big-fan-løsningen ikke længere.

Nye tilgange til håndtering af varme i elektronik omfatter inkorporering af materialer med overlegne termiske egenskaber, såsom grafen, ind i silicium computerchips. Ud over, foreslået tredimensionel elektronik, som bruger vertikal integration af computerchips, ville afhænge af varmefjernelse endnu mere, sagde Balandin.

Silicium, det mest almindelige elektroniske materiale, har gode elektroniske egenskaber, men ikke så gode termiske egenskaber, især når den er struktureret på nanometerskalaen, sagde Balandin. Som Balandins forskning viser, grafen har fremragende termiske egenskaber ud over unikke elektroniske egenskaber.

"Graphene er et af de hotteste materialer lige nu, " sagde Balandin, der også er formand for uddannelsen Materialvidenskab og Ingeniør. "Alle taler om det."

Grafen er ikke en erstatning for silicium, men, i stedet kunne bruges sammen med silicium, sagde Balandin. På dette tidspunkt, der er ingen pålidelig måde at syntetisere store mængder grafen på. Imidlertid, der sker fremskridt, og det kunne være muligt om et år eller to, sagde Balandin.

I første omgang, grafen vil sandsynligvis blive brugt i nogle nicheapplikationer såsom termiske grænsefladematerialer til chippakning eller gennemsigtige elektroder i fotovoltaiske solceller, sagde Balandin. Men, om fem år, han sagde, det kunne bruges med silicium i computerchips, for eksempel som sammenkoblingsledninger eller varmespredere. Det kan også finde anvendelser i ultrahurtige transistorer til radiofrekvenskommunikation. Støjsvage grafentransistorer er allerede blevet demonstreret i Balandins laboratorium.

Balandin udgav Naturmaterialer papir med to af hans kandidatstuderende Suchismita Ghosh, som nu er hos Intel Corporation, og Samia Subrina, Lau. en af ​​hendes kandidatstuderende, Wenzhong Bao, og Denis L. Nika og Evghenii P. Pokatilov, besøger forskere i Balandins laboratorium, som er baseret på Moldovas statsuniversitet.