• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Fysiker visar obegränsad värmeledning i grafen

    Scanning tunnelmikroskopi (STM) bild av grafen på Ir (111). Bildstorleken är 15 nm × 15 nm. Kredit:ESRF

    Forskare vid Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) i Mainz och National University of Singapore har intygat att grafen värmeledningsförmåga avviker med storleken på proverna. Denna upptäckt utmanar de grundläggande lagarna för värmeledning för utökade material.

    Davide Donadio, chef för en Max Planck Research Group vid MPI-P, och hans partner från Singapore kunde förutsäga detta fenomen med datasimuleringar och verifiera det i experiment. Deras forskning och deras resultat har nu presenterats i den vetenskapliga tidskriften Naturkommunikation .

    "Vi kände igen mekanismer för värmeöverföring som faktiskt motsäger Fouriers lag i mikrometerskalan. Nu måste alla tidigare experimentella mätningar av grafens värmeledningsförmåga omtolkas. Själva begreppet värmeledningsförmåga som en inneboende egenskap gäller inte för grafen, åtminstone för fläckar så stora som flera mikrometer ", säger Davide Donadio.

    Kan materialkonstanter trots allt ändras?

    Den franske fysikern Joseph Fourier hade postulerat lagarna för värmeutbredning i fasta ämnen. Följaktligen, värmeledningsförmåga är en inneboende materialegenskap som normalt är oberoende av storlek eller form. I grafen, ett tvådimensionellt lager av kolatomer, det är inte fallet, som våra forskare nu fick reda på. Med experiment och datasimuleringar, de fann att värmeledningsförmågan logaritmiskt ökar som en funktion av storleken på grafenproven:dvs. ju längre grafenplåsterna, desto mer värme kan överföras per längdenhet.

    Detta är en annan unik egenskap hos detta mycket berömda undermaterial som är grafen:det är kemiskt mycket stabilt, flexibel, hundra gånger mer slitstark än stål och samtidigt väldigt lätt. Grafen var redan känd för att vara en utmärkt värmeledare:Nyheten här är att dess värmeledningsförmåga, som hittills betraktades som en materiell konstant, varierar när grafenlängden ökar. Efter att ha analyserat simuleringarna, Davide Donadio fann att denna funktion härrör från kombinationen av minskad dimension och hård kemisk bindning, som får termisk vibration att sprida sig med minimal avledning vid icke-jämviktsförhållanden.

    Optimal kylning för nanoelektronik

    I mikro- och nano-elektroniken, värme är den begränsande faktorn för mindre och mer effektiva komponenter. Därför, material med praktiskt taget obegränsad värmeledningsförmåga har en enorm potential för denna typ av applikationer. Material med enastående elektroniska egenskaper som också är självkylande, som grafen kan vara, är varje elektronikingenjörs dröm.

    Davide Donadio, en italiensk-född forskare, redan behandlat nanostrukturer av kol, kristallisationsprocesser och termoelektriska material under sina studier i Milano, hans forskning stannar vid ETH Zürich (Schweiz) och vid University of California, Davis (USA). Sedan 2010, han har undersökt, bland andra, termisk transport i nanostrukturer med hjälp av teoretisk fysik och simulering av atomernas beteende hos ämnen med sin Max Planck Research Group vid MPI-P.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com