Tredimensionella strukturer av bornitrid kan vara rätt saker för att hålla liten elektronik sval, enligt forskare vid Rice University.

Risforskarna Rouzbeh Shahsavari och Navid Sakhavand har slutfört den första teoretiska analysen av hur 3D bornitrid kan användas som ett avstämbart material för att kontrollera värmeflödet i sådana enheter.

Deras arbete visas denna månad i tidskriften American Chemical Society Tillämpade material och gränssnitt .

I sin tvådimensionella form, hexagonal bornitrid (h-BN), aka vit grafen, ser precis ut som den atomtjocka formen av kol som kallas grafen. En väl studerad skillnad är att h-BN är en naturlig isolator, där perfekt grafen inte utgör någon barriär för elektricitet.

Men som grafen, h-BN är en bra ledare av värme, som kan kvantifieras i form av fononer. (Tekniskt, en fonon är en del - en "kvasipartikel" - i en kollektiv excitation av atomer.) Att använda bornitrid för att kontrollera värmeflödet verkade värt en närmare titt, sa Shahsavari.

"Typiskt i all elektronik, det är mycket önskvärt att få ut värme från systemet så snabbt och effektivt som möjligt, " sa han. "En av nackdelarna med elektronik, speciellt när du har skiktat material på ett underlag, är att värmen rör sig mycket snabbt i en riktning, längs ett ledande plan, men inte så bra från lager till lager. Flera staplade grafenlager är ett bra exempel på detta."

Värme rör sig ballistiskt över platta plan av bornitrid, för, men rissimuleringarna visade att 3D-strukturer av h-BN-plan sammankopplade med bornitridnanorör skulle kunna flytta fononer i alla riktningar, oavsett om det är i planet eller över plan, sa Shahsavari.

Forskarna beräknade hur fononer skulle flöda över fyra sådana strukturer med nanorör av olika längder och densiteter. De fann korsningarna mellan pelare och flygplan fungerade som gula trafikljus, inte stoppa men avsevärt sakta ner flödet av fononer från lager till lager, sa Shahsavari. Både pelarnas längd och täthet hade en effekt på värmeflödet:fler och/eller kortare pelare bromsade ledningen, medan längre pelare presenterade färre barriärer och därmed påskyndade saker och ting.

Medan forskare redan har gjort grafen/kol nanorörsövergångar, Shahsavari trodde att sådana korsningar för bornitridmaterial kunde vara lika lovande. "Med tanke på bornitrids isolerande egenskaper, de kan möjliggöra och komplettera skapandet av 3-D, grafenbaserad nanoelektronik.

"Denna typ av 3D-värmehanteringssystem kan öppna upp möjligheter för termiska switchar, eller termiska likriktare, där värmen som strömmar i en riktning kan vara annorlunda än den omvända riktningen, "Shahsavari sa. "Detta kan göras genom att ändra formen på materialet, eller ändra dess massa – säg att en sida är tyngre än den andra – för att skapa en switch. Värmen skulle alltid föredra att gå åt ett håll, men i motsatt riktning skulle det gå långsammare."