Чистый графен гораздо лучше проводит тепло

Схематическое изображение двумерной структуры графена. (кликните картинку для увеличения)

Схематическое изображение двумерной структуры графена. (кликните картинку для увеличения)

24.01.2012 (13:22)
Просмотров: 4771
Рейтинг: 2.00
Голосов: 1

Теги:
теплопроводность, графен, изотоп, углерод,
Технология >> Нанотехнология






Ваша оценка
-2 -1 0 1 2
Согласно последним исследованиям ученых из США и Китая, теплопроводность графена существенно зависит от изотопного состава материала. В своих экспериментах они обнаружили, что графен, состоящий из «чистого» углерода-12, имеет гораздо большую теплопроводность при комнатной температуре, чем обычный графен, в состав которого в среднем входит около 1% углерода-13. По мнению исследователей, помимо решения вспомогательной задачи, а именно, помощи в разработке точной теории теплопроводности в двумерных материалах, эксперимент помог найти практически идеальный охладитель для работы с крошечными электронными схемами будущего.

Графен представляет собой двумерный слой атомов углерода, образующих гексагональную кристаллическую решетку. Часто на графен ссылаются, как на возможного кандидата для замены кремния в электронных материалах и устройствах будущего. Повышенное внимание к этому материалу объясняется уникальными электронными и механическими свойствами одноатомной плоскости. Например, графен отличается чрезвычайно высокой электропроводностью. Кроме того, материал обладает большой внутренней теплопроводностью.

Поскольку электронные устройства продолжают уменьшаться в размерах, локальное охлаждение (ограничения которого на данный момент сдерживают прогрессирующее уменьшение устройств) становится все более важным. Проблемы с излишним выделением тепла особенно ярко заметны на примере кремния. Таким образом, для дальнейшего развития направления необходимо найти материалы с большей теплопроводностью, чем используется сегодня.

Природные углеродные материалы, в том числе графен, состоят из смеси двух стабильных изотопов: около 99% углерода-12 и порядка 1% углерода-13. Разница между изотопами заключается в присутствии дополнительного нейтрона в ядре углерода-13. В своей последней работе две группы ученых из University of Texas и University of California Riverside (США) показали, что удаление углерода-13 из кристаллической решетки «нормального» (природного) графена сильно меняет его структуру и значительно увеличивает теплопроводность.

По мнению ученых, их результат будет способствовать развитию теории теплопроводности в графене и других известных двумерных структурах. Измерение теплопроводности графена с различным изотопным составом поможет им понять, как атомы с различной массой рассеивают фононы (колебания кристаллической решетки, ответственные за перенос тепла). К слову, они считают, что такое «изотопное» рассеяние гораздо легче будет описать теоретически, чем, например, рассеяние, вызванное присутствием примесных атомов, отличающихся не только по массе, но и по размеру, а также другим параметрам.

Используя вариации комбинационных техник исследования, ученые обнаружили, что теплопроводность «чистого» графена, состоящего только из атомов углерода-12 (и лишь 0,01% примеси углерода-13) была выше 4000 Вт/м К при температуре 320 градусов по шкале Кельвина. Это почти вдвое выше, чем теплопроводность листов графена, состоящего наполовину из изотопов углерода-12, а на вторую половину – из изотопов углерода-13. Для сравнения, медь, использующаяся на сегодняшний день для охлаждения компьютерных чипов, имеет теплопроводность 400 Вт/м К.

Полученный учеными результат означает, что теперь «чистый» графен может рассматриваться как весьма перспективный материал в некоторых тепловых приложениях.

Параллельно с публикацией исследований американских ученых в журнале Nature Materials, группа китайских специалистов из Xiamen University сообщила о скорой готовности опубликовать результаты измерения теплопроводности графена с различным изотопным составом при температуре ниже комнатной.

Нравится


Екатерина Баранова

Также по теме:

Источники:



самое популярное

Смотрите информацию фильтр потолочный для покрасочной камеры тут.



Rambler's Top100