Per indagare ulteriormente su questo aspetto, i ricercatori hanno condotto uno studio teorico dettagliato sullo scattering a quattro fononi nel grafene. Hanno sviluppato un quadro teorico basato sull'equazione di trasporto di Boltzmann e hanno incorporato vari meccanismi di diffusione, tra cui la diffusione a quattro fononi, la diffusione di Umklapp e la diffusione dei confini.
I loro risultati hanno rivelato che la diffusione a quattro fononi diventa il meccanismo dominante di trasporto del calore nel grafene a temperature superiori a 100 Kelvin. Questo processo di dispersione comporta l'interazione di quattro fononi, dove due fononi si fondono per formare un fonone ad alta energia, mentre gli altri due fononi portano via l'energia in eccesso.
I ricercatori hanno scoperto che il tasso di diffusione dei quattro fononi aumenta rapidamente con la temperatura, portando a una significativa riduzione della conduttività termica del grafene. Questo spiega perché la conduttività termica del grafene diminuisce a temperature più elevate, a differenza del comportamento della maggior parte degli altri materiali.
Lo studio ha inoltre evidenziato l’importanza di considerare l’intera gamma di meccanismi di diffusione per prevedere con precisione la conduttività termica del grafene. Incorporando lo scattering a quattro fononi insieme ad altri processi di scattering, i ricercatori hanno ottenuto un eccellente accordo con le misurazioni sperimentali.
I loro risultati contribuiscono a una comprensione più profonda dei meccanismi di conduzione del calore nel grafene e forniscono preziose informazioni per ottimizzare i materiali a base di grafene per applicazioni di gestione termica.
Anche se il grafene potrebbe non essere il miglior conduttore di calore in assoluto, la sua eccezionale conduttività termica, insieme ad altre notevoli proprietà, lo rendono un materiale altamente desiderabile per numerose applicazioni tecnologiche, come l’elettronica, l’accumulo di energia e i sistemi di gestione termica.
