Figur 1:Schematisk illustration av den asymmetriska grafen nanomesh-enheten och de periodiska nanoporerna (nanomesh) tillverkade på suspenderad grafen med hjälp av den senaste tekniken för fokuserad heliumjonstråle. Kredit:Japan Advanced Institute of Science and Technology
Det är ett av människans önskade mål att vi vill exakt styra värmetransporten som nivån för att vi kan styra den elektriska strömmen. En högpresterande termisk likriktare eller termisk diod saknas dock fortfarande. För närvarande har forskare vid Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST) visat en lovande asymmetrisk grafen nanomesh-enhet som visar ett högt termiskt likriktningsförhållande vid låga temperaturer. Experimentet ger en praktisk riktlinje för att utveckla en högeffektiv termisk likriktare baserad på grafen nanomesh-struktur. Resultaten publiceras i Nano Futures .
Den termiska likriktaren demonstrerades först av Starr C. 1936, där värmeflödet från en riktning är större än den motsatta riktningen lika lik som en elektrisk diod. Den konventionella mekanismen i bulkmaterial är baserad på det olika temperaturberoendet av värmeledningsförmågan i två olika sammansättningsmaterial. De flesta av de visade resultaten baserade på denna mekanism visar dock ett lågt korrigeringsförhållande på cirka 10 till 20 procent. Dessutom, i enheter i nanoskala, är det nästan omöjligt att känna till värmeledningsförmågan för varje del av en värmelikriktare. Under detta villkor är en ny strategi för att utveckla en högpresterande termisk likriktare mycket efterfrågad.
En fononforskargrupp ledd av Dr. Fayong Liu och Prof. Hiroshi Mizuta från JAIST, i samarbete med forskare vid National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), har visat att fenomenet termisk likriktning kan observeras med ett högt förhållande upp till 60 procent på suspenderade asymmetriska grafen nanomesh-enheter vid låga temperaturer (150K och 250K). De introducerar grafen nanomesh som en artificiell fononisk kristallstruktur på halva arean av värmeflödeskanalen (Figur 1). Nanopordiametern är ungefär 6 nm och stigningen är 20 nm. Med hjälp av metoden "differentiellt termiskt läckage" störs inte värmeflödesmätningen av läckage av elektronström genom den suspenderade kanalen. Forskningen är inriktad på fonontransportegenskaper hos denna typ av ny enhetsstruktur.
"Detta forskningsresultat är ett betydande framsteg mot den praktiska tillämpningen av grafen för termisk hantering. Det är också en anmärkningsvärd milstolpe för vårt slutliga mål att använda grafen för att bygga en grönare värld", säger Prof. Hiroshi Mizuta, chef för Mizuta Lab. Mizuta-labbet fokuserar på grundläggande fysik och potentiella tillämpningar av grafenbaserade enheter. Denna forskning ger ett systematiskt sätt att förbättra prestandan hos den termiska likriktaren och ökar också möjligheten att utöka den till rumstemperaturapplikationer. + Utforska vidare
