Pelaren grafen skulle överföra värme bättre om det teoretiska materialet hade några asymmetriska korsningar som orsakade rynkor, enligt ingenjörer från Rice University.

Rismaterialforskaren Rouzbeh Shahsavari och alumnen Navid Sakhavand byggde först datormodeller på atomnivå av pelare grafen-ark av grafen anslutna med kovalent bundna kolnanorör-för att upptäcka deras styrka och elektriska egenskaper samt deras värmeledningsförmåga.

I en ny studie, de fann att manipulering av lederna mellan nanorör och grafen har en betydande inverkan på materialets förmåga att styra värme. Det kan vara viktigt eftersom elektroniska enheter krymper och kräver mer sofistikerade kylflänsar.

Forskningen visas i American Chemical Society journal ACS -tillämpade material och gränssnitt .

Forskare som studerar eller arbetar med att göra pelaren grafen har främst tittat på två egenskaper hos det teoretiska materialet:pelarnas längd och deras avstånd från varandra. Den nya studien föreslår att en tredje parameter - arten av övergången mellan grafen och nanorör - också bör övervägas.

En sömlös anslutning mellan platt grafen, den atomtjocka formen av kol, och runda nanorör kräver justeringar av deras karakteristiska sex-lediga kolringar. Det enklaste sättet är att ge halva ringarna vid korsningen en extra atom. Sex ringar med sju delar omväxlande med sex ringar med sex delar gör att arket kan göra en 90 graders sväng för att bli röret.

Men det är inte den optimala konfigurationen för värmetransport, enligt Rice -teamet. Den fann att byte av sex heptagoner med tre åttkantar skulle underlätta vändningen samtidigt som grafen betonades något. Det skulle skrynkla grafenarkens topp och botten samtidigt som transporten vid korsningarna inte förändras nämnvärt.

Forskarna förväntade sig intuitivt att rynkorna skulle sänka termotransporten och blev förvånade över att upptäcka att termotransporten över "i planet" grafen blev snabbare med rynkor. De bestämde att att ha färre ringar i korsningarna mellan nanorör och grafen innebar mindre spridning av värmebärande fononer, som höll dem ombord för den ojämna resan.

Mätt längs det längsta planet, modeller med åttkantarna var nästan 20 procent bättre på att transportera fononer än de utan. "Våra resultat visar att subtila funktioner som denna korsningskonfiguration har en betydande inverkan på termisk transport, "sa Shahsavari, en biträdande professor i civil- och miljöteknik och materialvetenskap och nanoteknik. "Med tanke på de nuvarande behoven inom termisk hantering och miniatyrisering av enheter inom många nano- och mikroelektronik, denna studie ger en ny grad av frihet att spela och förbättra termiska transporter. "

Forskarna trodde att fonontransport genom nanorören, som de redan visste var långsammare än i grafen, kan vara långsammare fortfarande under påverkan av åttkantarna, men det ändrade gränssnittet tycktes inte ha någon signifikant effekt.

"Anledningen ligger i geometrin, "Sa Shahsavari." Ju lägre antal icke-sexkantiga ringar i korsningen (till exempel tre åttkantar kontra sex heptagoner), desto lägre är antalet oönskade ringar och därmed lägre fononspridning och förbättrad värmetransport. "Eftersom korsningarna kan anta många olika geometrier beroende på nanorörets radie och kiralitet, det finns många fler potentiella konfigurationer att modellera, han sa.