EPFL揭示了石墨烯散热的基本机制

时间：2021-10-14 11:58:02来源：

来自ÉcoleGoytechniqueFédérale的科学家们在石墨烯和其他二维材料中散热的基本机制上的新光。

在小型化电子元器件的比赛中，研究人员受到了一个主要问题的挑战：您的设备较小或更快，令人挑战性越大，将其冷却下来。改善冷却的一种解决方案是使用具有非常高的导热率的材料，例如石墨烯，以快速消散热量，从而冷却电路。

然而，目前，潜在的应用面临着根本问题：热量如何在这些物料中传播，这些材料厚度不超过几个原子？

在出版在自然通信的一项研究中，EPFL研究人员团队对石墨烯和其他二维材料中的导热率的机制脱颖而出。他们已经证明，热量以波浪形式传播，就像空气中的声音一样。这是现在在近于绝对零的温度下观察到的一个非常模糊的现象。该仿真为研究石墨烯的研究人员提供了一个有价值的工具，无论是在纳米级冷却电路，还是在明天的电子设备中更换硅。

迄今为
止，难以理解的传播难以理解的热量在二维材料中的传播，是因为与他们的三维表兄辛相比，这些薄片以意想不到的方式行事。实际上，它们能够在室温下转移热量极为有限的损失。

通常，热量通过原子的振动在材料中传播。这些振动称为“声子”，并且随着热量传播虽然三维材料，这些声子将彼此碰撞，并合并在一起或分裂。所有这些过程都可以沿途限制热量的电导率。仅在极端条件下，当温度靠近绝对零（-200 0c或更低）时，可以观察准无损传热。

一波量子热量在
二维材料中的情况非常不同，如EPFL的研究人员所示。他们的作品表明，由于波浪状扩散的现象，即使在室温下，也可以在2D中在2D显着损失的情况下繁殖。在这种情况下，所有的声子在很长的距离上齐心同样。“我们的模拟基于第一原理物理学，已经表明，即使在室温下，也表现出原子上薄的材料表现，与极低气温的三维材料相同，”AndreaCepellotti是该研究的第一个作者。“我们可以表明热传输由波浪描述，不仅是石墨烯还是尚未研究的其他材料，”Cepellotti解释道。“这是一个非常有价值的工程师信息，可以使用这些新的二维材料特性中的一些来调整未来电子元件的设计。”

出版物：Andrea Cepellotti等，等，“二维材料中的声音流体动力学，”自然通信6，物品编号：6400; DOI：10.1038 / ncomms7400

图像：ÉcolePolytechniqueFédéraledeLausanne