För att undersöka detta ytterligare genomförde forskare en detaljerad teoretisk studie av spridning av fyra fononer i grafen. De utvecklade ett teoretiskt ramverk baserat på Boltzmanns transportekvation och inkorporerade olika spridningsmekanismer, inklusive spridning av fyra fononer, Umklapp-spridning och gränsspridning.
Deras resultat avslöjade att spridning med fyra fononer blir den dominerande värmetransportmekanismen i grafen vid temperaturer över 100 Kelvin. Denna spridningsprocess involverar växelverkan mellan fyra fononer, där två fononer smälter samman för att bilda en fonon med högre energi, medan de andra två fononerna bär bort överskottsenergin.
Forskarna fann att spridningshastigheten med fyra fononer ökar snabbt med temperaturen, vilket leder till en betydande minskning av grafens värmeledningsförmåga. Detta förklarar varför grafens värmeledningsförmåga minskar vid högre temperaturer, i motsats till beteendet hos de flesta andra material.
Studien underströk också vikten av att överväga hela utbudet av spridningsmekanismer för att exakt förutsäga grafens värmeledningsförmåga. Genom att införliva spridning med fyra fononer tillsammans med andra spridningsprocesser fick forskarna utmärkt överensstämmelse med experimentella mätningar.
Deras resultat bidrar till en djupare förståelse av värmeledningsmekanismerna i grafen och ger värdefulla insikter för att optimera grafenbaserade material för värmeledningstillämpningar.
Även om grafen kanske inte är den absolut bästa värmeledaren, gör dess exceptionella värmeledningsförmåga, tillsammans med dess andra anmärkningsvärda egenskaper, det till ett mycket önskvärt material för många tekniska tillämpningar, såsom elektronik, energilagring och värmeledningssystem.
