Il grafene a pilastri trasferirebbe meglio il calore se il materiale teorico avesse alcune giunzioni asimmetriche che causano rughe, secondo gli ingegneri della Rice University.

Lo scienziato dei materiali di riso Rouzbeh Shahsavari e l'alunno Navid Sakhavand hanno costruito per primi modelli al computer a livello di atomo di grafene a colonne, fogli di grafene collegati da nanotubi di carbonio legati in modo covalente, per scoprire la loro forza e proprietà elettriche, nonché la loro conduttività termica.

In un nuovo studio, hanno scoperto che la manipolazione delle giunture tra i nanotubi e il grafene ha un impatto significativo sulla capacità del materiale di dirigere il calore. Ciò potrebbe essere importante poiché i dispositivi elettronici si restringono e richiedono dissipatori di calore più sofisticati.

La ricerca appare sulla rivista American Chemical Society Materiali e interfacce applicati ACS .

I ricercatori che studiano o stanno lavorando per realizzare il grafene con pilastri hanno visto principalmente due caratteristiche del materiale teorico:la lunghezza dei pilastri e la loro distanza l'uno dall'altro. Il nuovo studio suggerisce che dovrebbe essere considerato anche un terzo parametro, la natura della giunzione tra il grafene e i nanotubi.

Una connessione perfetta tra grafene piatto, la forma spessa di un atomo di carbonio, e i nanotubi rotondi richiedono aggiustamenti ai loro caratteristici anelli di carbonio a sei membri. Il modo più semplice è dare a metà degli anelli alla giunzione un atomo in più. Sei anelli a sette elementi alternati a sei anelli a sei elementi consentono al foglio di compiere una rotazione di 90 gradi per diventare il tubo.

Ma questa non è la configurazione ottimale per il trasporto di calore, secondo il team di Rice. Ha scoperto che la sostituzione di sei ettagoni con tre ottagoni faciliterebbe la svolta, sollecitando leggermente il grafene. Ciò piegherebbe la parte superiore e inferiore dei fogli di grafene senza modificare in modo significativo il trasporto alle giunzioni.

I ricercatori si aspettavano intuitivamente che le rughe riducano il trasporto termico e sono rimasti sorpresi nello scoprire che il trasporto termico attraverso il grafene "nel piano" diventava più veloce con le rughe. Hanno determinato che avere meno anelli nelle giunzioni tra nanotubi e grafene significava meno dispersione di fononi che trasportano calore, che li ha tenuti a bordo per il viaggio accidentato.

Misurato lungo il piano più lungo, i modelli con gli ottagoni erano quasi il 20 percento migliori nel trasporto dei fononi rispetto a quelli senza. "I nostri risultati mostrano che caratteristiche sottili come questa configurazione di giunzione hanno un impatto significativo sul trasporto termico, " disse Shahsavari, un assistente professore di ingegneria civile e ambientale e di scienza dei materiali e nanoingegneria. "Date le attuali esigenze di gestione termica e miniaturizzazione dei dispositivi in ​​molti settori della nano e microelettronica, questo studio fornisce un nuovo grado di libertà di gioco e migliora il trasporto termico."

I ricercatori hanno pensato che il trasporto dei fononi attraverso i nanotubi, che già sapevano era più lento che nel grafene, potrebbe essere ancora più lento sotto l'influenza degli ottagoni, ma l'interfaccia modificata non sembrava avere un effetto significativo.

"La ragione sta nella geometria, " Shahsavari ha detto. "Più basso è il numero di anelli non esagonali nella giunzione (ad esempio tre ottagoni contro sei ettagoni), minore è il numero di anelli indesiderati e quindi minore dispersione fononica e migliore trasporto termico." Poiché le giunzioni possono adottare molte geometrie diverse a seconda del raggio e della chiralità del nanotubo, ci sono molte altre potenziali configurazioni da modellare, Egli ha detto.