Один шар графену атомарної товщини на поверхні мідної плівки може істотно підвищити теплопровідність

Всього один шар графену атомарної товщини на поверхні мідної плівки може істотно підвищити теплопровідність даної конструкції. Ці нові і дещо несподівані результати були отримані спільною групою дослідників із США і Великобританії. Як вважають вчені, поліпшення теплопровідності відбувається із-за змін морфології міді під впливом графена, а зовсім не з-за самого графену, що виконує роль додаткового каналу для теплоотведения. Опубліковане відкриття може мати важливе значення для всіх сфер, де в тому чи іншому вигляді необхідно управління тепловими потоками, наприклад, для охолодження електронних чіпів.

Мідна плівка, покрита одним шаром графена

Спільна група дослідників з University of Manchester (Великобританія) і University of California-Riverside (США) отримала свої результати, спостерігаючи, як змінюється теплопровідність мідних плівок під дією графена, синтезованого на поверхні цих плівок шляхом хімічного осадження з газоподібного стану. Для кращої інтерпретації результатів команда комбінувала виміри теплопровідності з результатами оптичних спектральних досліджень, а також зображень, отриманих за допомогою скануючого тунельного мікроскопа.

Графен являє собою плоскі листи атомів вуглецю, що утворюють гексагональну кристалічну решітку. Цей матеріал привертає увагу вчених і інженерів з першого дня свого відкриття (у 2004 році), завдяки ряду унікальних електронних і механічних властивостей. Потенційно ці властивості могли б бути корисними для створення найрізноманітніших електронних пристроїв, наприклад, транзисторів, по швидкості роботи обходять всі існуючі на сьогоднішній день аналоги.

Сам по собі графен має дуже високу теплопровідність (цей параметр у матеріалу навіть вище, ніж у алмазу – найкращого з відомих провідників тепла). Хоча теплопровідність графена дещо знижується при розміщенні на підкладці, вона все одно залишається високою в порівнянні з іншими матеріалами. Зменшення теплопровідності в такій конфігурації відбувається із-за розсіювання фононів – квантів коливань кристалічної решітки, які переносять тепло – відбувається між різними атомарними шарами. В ракурсі цього абсолютно несподіваним був висновок, що графен може підвищувати теплопровідність самої підкладки. Оскільки цей матеріал – досить тонкий, дослідники не очікували, що він настільки кардинально може впливати на теплопровідність мідної плівки.

Ретельні дослідження показали, що формування плівки графену на поверхні міді при високій температурі призводить до збільшення розмірів зерен у мідних плівках. У контрольних плівках (які піддавалися дії тих же температур, що використовуються в процесі вирощування графена, але не ставали основою для самого графену) зерна виявилися набагато менше, що і визначило меншу теплопровідність.

Зараз мідь вже активно використовується в електроніці для розсіювання тепла від компонент, а її поєднання з графеном дозволить вирішувати завдання теплопереносу набагато ефективніше. Надлишкове тепло є серйозною проблемою сучасних пристроїв, заснованих на класичних кремнієвих схемах, причому, ця проблема лише поглиблюється, оскільки розміри пристроїв продовжують скорочуватися.

Детальні результати роботи опубліковані в журналі Nano Letters. За словами дослідників, поки що вони розглядали досить товсті мідні плівки і тепер планують вивчити зміни теплопровідності на структурах нанометрового розміру. Такі структури можуть стати прототипами реальних гібридних (графен-мідних) сполук для електронних схем.

На теоретичному фронті команда вже розробила відносно просту модель, що зв’язує теплопровідність і розміри зерна в міді, тепер же вони планують провести її уточнення в рамках нових експериментів.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *