(PhysOrg.com) -- University of California, Riverside professor i elektroteknik och ordförande för materialvetenskap och teknik Alexander Balandin leder flera projekt för att utforska sätt att använda de unika egenskaperna hos grafen ?quilts? som värmeledare i högeffektelektronik.

University of California, Riverside (UCR) professor i elektroteknik och ordförande för materialvetenskap och teknik Alexander Balandin leder flera projekt för att utforska sätt att använda de unika egenskaperna hos grafen-"quiltar" som värmeledare i högeffektelektronik.

Grafen är en nyligen upptäckt enatomtjock kolkristall, som avslöjar många unika egenskaper. I Balandins mönster, grafen "quilts" (överlappande nätverk av grafenflingor med stor yta) kommer att spela en helt motsatt roll av din mormors täcken. De kommer att ta bort värme istället för att behålla den.

Hans arbete med grafen värmeledande beläggningar för värmeavlägsning från högeffekts galliumnitridtransistorer finansieras av en nyligen tilldelad $420, 000 anslag från U.S. Office of Naval Research (ONR). Det syftar till en experimentell proof-of-concept-demonstration som ska genomföras i Balandins Nano-Device Laboratory (NDL).

Förutom ONR-anslaget, Balandin fick ett nytt treårigt underkontrakt med Interconnect Focus Center (IFC), baserad på Georgia Institute of Technology, som handlar om grafenkopplingar och värmespridare för tredimensionell (3-D) elektronik. Enligt International Technology Roadmap for Semiconductors, under de kommande fem åren, upp till 80 procent av mikroprocessorkraften kommer att förbrukas av sammankopplingskablarna – en drivkraft för sökandet efter nya sammankopplingsmaterial och innovativa metoder för värmeavlägsning.

Ett annat nyligen underkontrakt som tilldelats Balandin är med FENA-centret (Functional Engineered Nano Architectonics) baserat på UCLA. I detta centrum, han undersöker problemen med energiförlust i grafen nanostrukturer och nanoenheter. Den sammanlagda nya finansieringen som Balandin säkrade denna månad för de tre projekten överstiger 1 miljon dollar. Centerns finansiering kommer från Semiconductor Research Corporation (SRC) och Defense Advanced Research Project Agency (DARPA).

Det mesta av den aktuella forskningen om grafen har fokuserat på dess elektroniska egenskaper och grafens potential för höghastighets nanokretsar. På grund av sin unika struktur, elektroner färdas med extremt höga hastigheter genom den.

Balandin fokuserar på en annan av grafens anmärkningsvärda egenskaper:det är utomordentligt hög värmeledningsförmåga, som kan användas för värmeborttagning i nanoskala och 3-D elektronik. Ju högre hastighet, högre effekttätheter och ökad termisk uppehåll i de toppmoderna enheterna resulterar i utveckling av hot spots, prestandaförsämring och termisk nedbrytning. Balandins föreslagna grafenbaserade tillvägagångssätt för termisk hantering representerar en radikal avvikelse från konventionella metoder och kan leda till skapandet av en ny teknik för spridning av hotspots.

Eftersom grafen bara är en molekyl tjock, den lämpade sig inte för traditionella metoder för mätning av värmeledningsförmåga. Balandin ledde ett team av forskare som först mätte det med en original icke-konventionell teknik 2008. Proceduren involverade en beröringsfri strategi på basis av Raman-spektroskopi som utnyttjade den oelastiska spridningen av fotoner (ljus) av fononer (kristallvibrationer). Kraften som försvann i grafen och motsvarande temperaturökning upptäcktes av extremt små förändringar i våglängden på ljuset som spreds från grafen. Det var tillräckligt för att extrahera värdena för den termiska konduktiviteten genom en utarbetad matematisk procedur.

Balandins forskargrupp upptäckte att värmeledningsförmågan hos stora suspenderade grafenskivor varierar i intervallet från cirka 3000 till 5300 W/mK (watt per meter per grad Kelvin) nära rumstemperatur. Det är mycket höga värden, som överstiger de för kolnanorör (3, 000-3, 500 W/mK) och diamant (1, 000-2, 200 W/mK).

Som ett resultat av hans upptäckter, Balandin har föreslagit flera innovativa grafenbaserade metoder för värmehantering, vilket kan leda till skapandet av en ny teknik för lokal kylning och spridning av hotspots i högeffekttäthet och ultrasnabba chips. En detaljerad beskrivning av Balandins forskning om grafen och termisk hantering finns i hans inbjudna populärvetenskapliga artikel, "Ta det lugnt, ” i oktobernumret 2009 av IEEE spektrum , tidningen för The Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE).