Ett lager grafen kan sänka arbetstemperaturen i hotspots inuti en processor med upp till 25 procent – ​​vilket avsevärt kan förlänga livslängden för datorer och annan elektronik. En internationell grupp av forskare, leds av Chalmers tekniska högskola i Sverige, är de första i världen att visa att grafen har en värmeavledande effekt på kiselbaserad elektronik.

"Denna upptäckt öppnar dörren till ökad funktionalitet och fortsätter att tänja på gränserna när det gäller att miniatyrisera elektronik, säger Chalmersprofessor Johan Liu som leder det internationella forskningsprojektet.

Moderna elektroniska system genererar mycket värme, framför allt på grund av den ständigt ökande efterfrågan på mer och mer funktionalitet. Det är viktigt att kunna ta bort den värme som genereras på ett effektivt sätt för att behålla systemets långa livslängd. En tumregel är att en 10-graders ökning av arbetstemperaturen halverar livslängden för ett elektroniksystem.

Under studien, forskarna fokuserade på att sänka temperaturen i det lilla område där elektroniken arbetar mest intensivt – som inuti en processor, till exempel. Dessa små hotspots finns i all elektronik. Storleksmässigt, de är i mikro- eller nanoskala, med andra ord en tusendels millimeter eller mindre.

"Den normala arbetstemperaturen i de hotspots vi har kylt med ett grafenlager har varierat från 55 till 115 grader Celsius. Vi har kunnat minska detta med upp till 13 grader, som inte bara förbättrar energieffektiviteten, det förlänger också elektronikens livslängd."

Effektiv kylning är en stor utmaning i många olika applikationer, som bilelektronik, kraftelektronik, datorer, radiobasstationer och i olika lysdioder, eller LED-lampor. I bilelektroniksystem, vilken enskild enhet som helst i tändsystemet kan pumpa ut upp till 80 W kontinuerligt och i transienta steg upp till 300 W (inom 10 nanosekunder). LED-enheter kan ha en termisk intensitet nästan i nivå med solen, upp till 600 W/cm2 på grund av deras extremt lilla storlek.

Överlägsen kylning av elektronik kan ge enorma fördelar. Enligt en studie i USA baserad på data från 2006, cirka 50 procent av den totala el som används för att driva dataservrar går till att kyla systemen.