Professor Alexander Balandin och ett team av forskare vid UC Riverside, inklusive Chun Ning Lau, docent i fysik, har tagit ytterligare ett steg mot ny teknik som kan hindra bärbara datorer och andra elektroniska enheter från att överhettas.
Balandin, professor i elektroteknik vid Bourns College of Engineering, experimentellt visade 2008 att grafen, en nyupptäckt enkelatomtjock kolkristall, är en stark värmeledare. Problemet för praktiska tillämpningar var att det är svårt att producera stora, högkvalitativa enskilda atomlager av materialet.
Nu, i ett papper publicerat i Naturmaterial , Balandin och medarbetare fann att flera lager av grafen, som är lättare att göra, behålla de starka värmeledande egenskaperna.
Det är också en betydande upptäckt i grundläggande fysik. Balandins grupp, förutom mätningar, förklarade teoretiskt hur materialens förmåga att leda värme utvecklas när man går från konventionella tredimensionella bulkmaterial till tvådimensionella atomtunna filmer, såsom grafen.
Resultaten publicerade i Naturmaterial kan ha viktiga praktiska tillämpningar vid avlägsnande av avlägsnat hörsel från elektroniska enheter.
Värme är en oundviklig biprodukt vid användning av elektroniska enheter. Elektroniska kretsar innehåller många värmekällor, inklusive miljontals transistorer och sammankopplade ledningar. Förr, större och större fläktar har använts för att hålla datorchipsen svala, vilket förbättrade prestanda och förlängde deras livslängd. Dock, eftersom datorer har blivit snabbare och prylar har blivit mindre och mer bärbara fungerar inte fläktlösningen längre.
Nya metoder för hantering av värme inom elektronik inkluderar införlivande av material med överlägsna termiska egenskaper, såsom grafen, i kiseldatorchips. Dessutom, föreslagen tredimensionell elektronik, som använder vertikal integration av datorchips, skulle bero på värmeborttagning ännu mer, Sa Balandin.
Kisel, det vanligaste elektroniska materialet, har bra elektroniska egenskaper men inte så bra termiska egenskaper, särskilt när den är strukturerad i nanometerskala, Sa Balandin. Som Balandins forskning visar, grafen har utmärkta termiska egenskaper utöver unika elektroniska egenskaper.
"Graphene är ett av de hetaste materialen just nu, "sade Balandin, som också är ordförande för materialvetenskaps- och teknikprogrammet. "Alla pratar om det."
Grafen ersätter inte kisel, men, istället kan användas tillsammans med kisel, Sa Balandin. Vid denna tidpunkt, det finns inget pålitligt sätt att syntetisera stora mängder grafen. Dock, framsteg görs och det kan vara möjligt om ett eller två år, Sa Balandin.
Initialt, grafen skulle sannolikt användas i vissa nischapplikationer såsom termiskt gränssnittsmaterial för chipförpackningar eller transparenta elektroder i solceller, Sa Balandin. Men, om fem år, han sa, det kan användas med kisel i datorchips, till exempel som sammankopplingskablar eller värmespridare. Det kan också hitta applikationer i ultrasnabba transistorer för radiofrekvenskommunikation. Lågbrus grafentransistorer har redan visats i Balandins laboratorium.
Balandin publicerade Naturmaterial papper med två av hans doktorander Suchismita Ghosh, som nu är på Intel Corporation, och Samia Subrina, Lau. en av hennes doktorander, Wenzhong Bao, och Denis L. Nika och Evghenii P. Pokatilov, gästande forskare i Balandins laboratorium som är baserade vid statsuniversitetet i Moldavien.
