Un'università della California, Il professore di ingegneria di Riverside e un team di ricercatori hanno fatto una scoperta rivoluzionaria con il grafene, un materiale che potrebbe svolgere un ruolo importante nel prevenire il surriscaldamento di laptop e altri dispositivi elettronici.

Alessandro Balandin, un professore di ingegneria elettrica presso l'UC Riverside Bourns College of Engineering, e ricercatori dell'Università del Texas ad Austin, L'Università del Texas a Dallas e l'Università di Xiamen in Cina, hanno dimostrato che le proprietà termiche del grafene ingegnerizzato con isotopi sono di gran lunga superiori a quelle del grafene allo stato naturale.

Gli sforzi di ricerca sono stati guidati dal professor Rodney S. Ruoff di UT Austin e Balandin, un autore corrispondente per il documento, "Conducibilità termica del grafene modificato con isotopi". È stato pubblicato online l'8 gennaio dalla rivista Materiali della natura e apparirà in seguito nella pubblicazione cartacea.

I risultati portano il grafene, un cristallo di carbonio spesso un atomo con proprietà uniche, compresa una conduttività elettrica e termica superiore, resistenza meccanica e assorbimento ottico unico:un passo avanti verso l'uso come conduttore termico per gestire la dissipazione del calore in qualsiasi cosa, dall'elettronica alle celle solari fotovoltaiche ai radar.

"La scoperta importante è la possibilità di un forte miglioramento delle proprietà di conduzione termica del grafene isotopicamente puro senza sostanziali alterazioni elettriche, proprietà ottiche e altre proprietà fisiche, " Ha detto Balandin. "Il grafene isotopicamente puro può diventare una scelta eccellente per molte applicazioni pratiche a condizione che il costo del materiale sia tenuto sotto controllo".

Ha aggiunto:"Anche i dati sperimentali sulla conduzione del calore nel grafene ingegnerizzato isotopicamente sono di fondamentale importanza per lo sviluppo di una teoria accurata della conduttività termica nel grafene e in altri cristalli bidimensionali".

La ricerca ha utilizzato il metodo Raman optothermal, una tecnica di misurazione della conducibilità termica sviluppata da Balandin. Nel 2008, Balandin e i membri del suo gruppo hanno dimostrato sperimentalmente che il grafene è un eccellente conduttore di calore. Hanno anche sviluppato la prima teoria dettagliata della conduzione del calore nel grafene e nei relativi cristalli bidimensionali.

Il lavoro presentato nel documento Nature Materials mostra che la conduttività termica del grafene ingegnerizzato con isotopi è fortemente migliorata rispetto al grafene nel suo stato naturale.

Materiali di carbonio presenti in natura, compreso il grafene, sono costituiti da due isotopi stabili:circa il 99% di 12C (denominato "carbon 12") e l'1% di 13C (denominato "carbon 13"). La differenza tra gli isotopi è nella massa atomica degli atomi di carbonio. La rimozione di appena l'1% circa del carbonio 13, chiamata anche purificazione isotopica, modifica le proprietà dinamiche dei reticoli cristallini e influenza la loro conduttività termica.

L'importanza della presente ricerca è spiegata dalle esigenze pratiche di materiali con elevata conducibilità termica. La rimozione del calore è diventata una questione cruciale per i continui progressi nell'industria elettronica, a causa dell'aumento dei livelli di potenza dissipata man mano che i dispositivi diventano sempre più piccoli. La ricerca di materiali che conducano bene il calore è diventata essenziale per la progettazione della prossima generazione di circuiti integrati ed elettronica tridimensionale. Balandi, che è anche presidente fondatore del programma di scienza e ingegneria dei materiali (MS&E) presso UC Riverside, ritiene che il grafene verrà gradualmente incorporato in diversi dispositivi.

inizialmente, sarà probabilmente utilizzato in alcune applicazioni di nicchia come materiali di interfaccia termica per l'imballaggio di chip o elettrodi trasparenti in celle solari fotovoltaiche o display flessibili, Egli ha detto.

In pochi anni, potrebbe essere utilizzato con il silicio nei chip dei computer, ad esempio come cavi di interconnessione o diffusori di calore. Ha anche il potenziale per avvantaggiare altre applicazioni elettroniche, compresi transistor analogici ad alta frequenza, utilizzati nelle comunicazioni wireless, radar, sistemi di sicurezza e imaging.

Balandin e i seguenti ricercatori hanno contribuito ai risultati nel Materiali della natura carta:

Il team dell'UT Austin, che ha eseguito la purificazione isotopica del grafene, incluso Ruoff, Shanshan Chen, un borsista post-dottorato, Weiwei Cai un ex ricercatore post-dottorato che ora è professore alla Xiamen University e alla Columbia Mishra, uno studente laureato.

La squadra dell'UT Dallas, che hanno eseguito simulazioni di dinamica molecolare che si sono confrontate bene con la connettività termica più forte del grafene ingegnerizzato isotopicamente, incluso Kyeongjae Cho, un professore, e Hengji Zhang, studente laureato.