La dissipazione del calore nell'elettronica e nell'optoelettronica è un grave collo di bottiglia nell'ulteriore sviluppo di sistemi in questi campi. Per affrontare questo grave problema, i ricercatori della Chalmers University of Technology hanno sviluppato un modo efficiente per raffreddare l'elettronica utilizzando nanoflakes di grafene funzionalizzati. I risultati saranno pubblicati sulla rinomata rivista Comunicazioni sulla natura .

"Essenzialmente, abbiamo trovato una chiave d'oro con cui ottenere un trasporto di calore efficiente nell'elettronica e in altri dispositivi di potenza utilizzando una pellicola a base di nanoflake di grafene. Questo può aprire potenziali usi di questo tipo di film in vaste aree, e ci stiamo avvicinando alla produzione su scala pilota basata su questa scoperta, "dice Johan Liu, Professore di Produzione Elettronica presso la Chalmers University of Technology in Svezia.

I ricercatori hanno studiato il miglioramento del trasferimento di calore del film con diverse molecole di silano funzionalizzate a base di ammino e azide, e ha scoperto che l'efficienza di trasferimento del calore del film può essere migliorata di oltre il 76% introducendo molecole di funzionalizzazione, rispetto a un sistema di riferimento senza strato funzionale. Questo principalmente perché la resistenza di contatto è stata drasticamente ridotta introducendo le molecole di funzionalizzazione.

Nel frattempo, simulazioni di dinamica molecolare e calcoli ab initio rivelano che lo strato funzionale vincola lo scattering cross-plane dei fononi a bassa frequenza, che a sua volta migliora la conduzione del calore nel piano del film incollato recuperando la lunga durata del fonone a flessione. I risultati hanno suggerito potenziali soluzioni di gestione termica per i dispositivi elettronici.

Nella ricerca, gli scienziati hanno studiato una serie di molecole che sono state immobilizzate alle interfacce e ai bordi dei fogli a base di nanoscaglie di grafene formando legami covalenti. Hanno anche sondato la resistenza termica dell'interfaccia utilizzando una tecnica di misurazione della riflettanza fototermica per dimostrare un accoppiamento termico migliorato grazie alla funzionalizzazione.

"Questa è la prima volta che viene effettuata una ricerca così sistematica. Il presente lavoro è molto più ampio dei risultati precedentemente pubblicati da diversi partner coinvolti, e copre più molecole di funzionalizzazione e anche prove dirette più estese della misurazione della resistenza di contatto termico, "dice Johan Liu.