Vaid aatomkihi paksune materjal grafeen säilitab oma hea soojusjuhtivuse ka substraadile kinnitatult – omadus, mille olemasolu on kriitilise tähtsusega, et muuta laborileiutised kasutuskõlblikuks komponendiks suure hulga nanoelektrooniliste seadmete jaoks.
Vastavalt ajakirjas Science ilmunud artiklile, osutus grafeen(esile toodud) ränidioksiidist substraadil suurepäraseks soojusjuhiks. Pilt: Texase Ülikool Austinis
Ajakirja Science 9. aprilli numbris ilmunud artiklis teatab rühm insenere ning teoreetilisi füüsikuid Texase Ülikoolist, Bostoni kolledžist ning Prantsusmaa Aatomienergia Komisjonist, et üliõhuke grafeen juhib soojust rohkem kui kaks korda efektiivsemalt kui õhukesed vasest kiled ning ligi 50 korda paremini kui õhukesed ränist kiled.
Tänu oma heale elektronide liikumisvabadusele, mehaanilisele tugevusele ning soojusjuhtivusele on grafeeni alates selle avastamisest 2004. aastal suhtutud kui paljulubavasse uude elektroonikas kasutatavasse materjali. Need omadused on üha otsustavama tähtsusega seoses elektroonikaseadmete mõõtmete vähenemisega, mis seab inseneride ette fundamentaalse probleemi: kuidas hoida seadmeid temperatuuril, kus nende funktsi0neerimine oleks efektiivne?
Antud uurimustöö aitab mõista grafeeni omadusi rakendustes, kus teda kasutataks kuumadest kohtadest soojuse ärajuhtimisel. Sellised kohad tekivad mikro- ja nanosuuruses seadmete struktuuride kitsastes kohtades. Teoreetilisest külje pealt töötasid teadlased välja ka uue mudeli grafeenis toimuva soojusvoo käitumise seletamiseks.
Eraldiseisvalt on grafeenil erakordselt kõrge soojusjuhtivus: 3000-5000 W/mK(vatti meeter-Kelvini kohta). Kuid praktilistes rakendustes oleks grafeenplaat kinnitatud alusele. Teadlased leidsid, et grafeen, olles alusel, omab toatemperatuuril siiski 600W/mK suurust soojusjuhtivust. See ületab kaugelt vase ning räni soojusjuhtivused(250W/mK ja 10W/mK vastavalt), milledest valmistatud õhukesi kilesid praegu elektroonikaseadmetes laialdaselt kasutatakse.
Soojuskadu on grafeeni ja substraadi vastastikmõju tulemus, sest substraat interfereerub grafeeni aatomite vibratsioonilainetega, kui need substraadi pinnaga kokku puutuvad, selgitas artikli kaasautor David Broido, Bostoni Kolledži füüsikaprofessor. Sellisele järeldusele jõuti varasemate teoreetiliste mudelite, mis uurisid vaid grafeeni soojusjuhtivust, abil. Koostööd Lucas Lindsay ja Natalio Mingoga töötati läbi varasem teoreetiline mudel, et püüda seletada grafeeni soojusjuhtivuslikke omadusi.
,,Teoreetiliste füüsikutena oleme me seadmest endast või selle tehnilisest küljest üpriski eraldiseisvad. Oleme rohkem orienteeritud grafeenis toimuva energiavoo mõistmisele ja seletamisele. Võtsime aluseks olemasoleva mudeli eraldiseisva grafeeni jaoks ning avardasime seda, et seletada grafeeni ja substraadi vahelist vastastikust toimet ning mõju materjali läbivale soojusele ja lõppkokkuvõttes ka soojusjuhtivusele.”
Lisaks selle tugevusele, elektronide liikuvusvabadusele selles ning soojusjuhtivusele on grafeen rakendatav õhukesi ränikilesid kasutavates transistorseadmetes – tähtis omadus, kui tahta materjali kasutada madala hinnaga masstootmises. Grafeenist nanoelektroonilised seadmed tarbiksid vähem energiat, töötaksid madalamatel temperatuuridel ja vastupidavamalt ning funktsioneeriksid kiiremini kui praegused räni- ja vasegeneratsiooni seadmed.
Allikas: physorg.com
Loe lisaks:
Artikkel lehel physorg.com: http://www.physorg.com/news189953748.html
Artikkel lehel sciencedaily.com: http://www.sciencedaily.com/releases/2010/04/100408160850.htm
Artikkel lehel physicsweb.com: http://physicsworld.com/cws/article/news/42260
Artikkel lehel nanotechweb.com: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/42254
Leave a Reply