Värmeavledning inom elektronik och optoelektronik är en allvarlig flaskhals i vidareutvecklingen av system inom dessa områden. För att komma tillrätta med denna allvarliga fråga, forskare vid Chalmers tekniska universitet har utvecklat ett effektivt sätt att kyla elektronik genom att använda funktionaliserade grafen -nanoflakes. Resultaten kommer att publiceras i den välrenommerade tidskriften Naturkommunikation .

"Väsentligen, vi har hittat en gyllene nyckel för att uppnå effektiv värmetransport i elektronik och andra kraftenheter genom att använda grafen nanoflake-baserad film. Detta kan öppna upp potentiella användningsområden för denna typ av film på breda områden, och vi närmar oss produktion i pilotskala baserat på denna upptäckt, säger Johan Liu, Professor i elektronikproduktion vid Chalmers tekniska universitet i Sverige.

Forskarna studerade värmeöverföringsförbättringen av filmen med olika funktionaliserade aminobaserade och azidbaserade silanmolekyler, och fann att filmens värmeöverföringseffektivitet kan förbättras med över 76 procent genom att introducera funktionaliseringsmolekyler, jämfört med ett referenssystem utan det funktionella skiktet. Detta beror främst på att kontaktresistansen minskades drastiskt genom att introducera funktionaliseringsmolekylerna.

Under tiden, molekylär dynamiska simuleringar och ab initio beräkningar visar att det funktionella lagret begränsar spridningen av lågfrekventa fononer över planet, vilket i sin tur förbättrar värmeledningen i planet av den bundna filmen genom att återvinna den långa böjbara fononlivslängden. Resultaten föreslog potentiella värmehanteringslösningar för elektroniska enheter.

I forskningen, forskare studerade ett antal molekyler som immobiliserades vid gränssnitten och vid kanten av grafen-nanoflake-baserade ark som bildade kovalenta bindningar. De undersökte också gränssnittets termiska motstånd genom att använda en fototermisk reflektansmätningsteknik för att demonstrera en förbättrad termisk koppling på grund av funktionalisering.

"Detta är första gången som sådan systematisk forskning har gjorts. Det nuvarande arbetet är mycket mer omfattande än tidigare publicerade resultat från flera inblandade partners, och den täcker fler funktionaliseringsmolekyler och även mer omfattande direkta bevis på värmekontaktmätningen, säger Johan Liu.