At klemme grafen er en måde at kontrollere dets varmeledning på, baner vejen for at høste spildvarme til strøm

Et af de største problemer ved at designe elektroniske komponenter er at komme af med overskydende varme. Nu, A*STAR-forskere har fundet en enkel måde at variere varmestrømmen i grafen, et gennembrud, der vil forbedre forsøg på at udnytte overflødig varme i elektronik.

grafen, et todimensionelt materiale, der består af et etatom tykt kulstoflag, har en ekstraordinær høj varmeledningsevne. Liu Xiangjun fra A*STAR Institute of High Performance Computing og kolleger har udviklet en måde at reducere grafens varmeledningsevne, gør det muligt at lede overskydende varme mod komponenter, der kan sprede det eller endda gøre det til elektricitet.

Holdets simuleringer viste, at fastspænding af grafen mellem to andre grafenplader vil, med kun moderat tryk, reducere termisk ledningsevne med en tredjedel. Tilføjelse af flere klemmer og variation af trykket gør det muligt at justere varmestrømmen, skabe en 'termisk modulator', ligner elektriske komponenter såsom variable modstande, der styrer strømmen af ​​elektricitet.

En anden fordel er, at fastspænding ikke gør permanent skade på grafenet. Populære tilgange til at ændre grafens termiske egenskaber inkluderer doping eller indføring af defekter i dets struktur, som ændrer materialet permanent. A*STAR -teamets tilgang, imidlertid, giver en betydelig gevinst. "Det ændrer ikke krystalstrukturen og er fuldt reversibelt - hvis trykket fjernes, grafen vender tilbage til sin uberørte tilstand, " forklarer Liu.

Holdets design blev udviklet ved hjælp af molekylær dynamik til at simulere bevægelsen af ​​fononer, den termiske ækvivalent til elektromagnetismens fotoner. De opdagede, at fononer blev spredt, fordi den mekaniske kraft skiftede fononenerginiveauer og forårsagede et misforhold med energiniveauer i den uafspændte grafen.

Liu var især overrasket over at opdage, at grænserne for det fastklemte område havde det største energiniveauforskydning og så dominerede spredningen, og effekten var mindre signifikant i midten af ​​klemmerne. "Det havde vi ikke regnet med " sagde Liu. "Vi har afsløret nogle grundlæggende principper for termisk transport."

For at skabe flere grænser ændrede holdet deres simulering fra et enkelt fastspændt område til flere mindre områder og fandt ud af, at den termiske ledningsevne faktisk faldt dramatisk.

Liu advarer om, at effekten afhænger af grafens todimensionale natur og ikke fungerer i bulkmaterialer. "Folk er mere og mere interesseret i at bygge tredimensionelle integrerede kredsløb, som har brug for todimensionelle materialer. Jeg tror, ​​vores tilgang kan være en del af disse systemer, " han sagde.