Исследователи из Технического университета Чалмерса в Швеции разработали графеновую пленку, которая обладает теплопроводностью большей графитовой более чем на 60%, несмотря на то, что графит просто состоит из многих слоев графена. Графитная пленка обладает большим потенциалом в качестве нового теплоотводящего материала для электроники с форм-фактор системной платой и других высокомощных систем.
До сегодняшнего дня ученые из графенового исследовательского сообщества предполагали, что пленка, собранная из графена, не может иметь более высокую теплопроводность, чем графитовая пленка. Однослойный графен имеет теплопроводность в промежутке между 3500 Вт / мК и 5000 Вт / мК. Если поместить два графеновых слоя вместе, то он теоретически станет графитом, так как графен представляет собой единый слой, толщиной с атом, графита.
Графитовые пленки, которые в настоящее время используются для рассеивания тепла (теплоотдачи) и его передачи в мобильных телефонах и других энергоустройствах, имеют теплопроводность до 1950 Вт / мК. Графеновая пленка, являющаяся по существу графитом, не должна, в теории, обладать более высокой теплопроводностью, чем эта.
Йохан Лю и его исследовательская группа Технического университета Чалмерса недавно опровергли это предположение. Они доказали, что теплопроводность пленок из графена может достигать 3200 Вт / мК, что на 60% выше, чем у лучших графитовых пленок.
Лю и его команда достигли такой высокой теплопроводности благодаря тщательному контролю как размера зерна, так и порядка укладки слоев в графеновой пленке. Высокая теплопроводность является результатом большого размера зерна, высокой плоскостности и слабой межслойной энергии соединения между слоями. Благодаря этим важным функциям фононы, движение и вибрация которых определяют тепловые характеристики, могут двигаться быстрее в самих слоях графена, чем между ними, что приводит к более высокой теплопроводности.
«Это действительно большой научный прорыв, и он может оказать значительное влияние на трансформацию существующей отрасли производства графитовой пленки», – говорит Лю. Исследователи также обнаружили, что механический предел прочности на разрыв графеновой пленки почти в три раза выше, чем графитовой пленки, и достигает 70 МПа.
«Благодаря преимуществам сверхвысокой теплопроводности и тонким, гибким и прочным структурам, разработанная графеновая пленка обладает большим потенциалом в качестве нового теплораспределяющего материала для теплового управления электроникой с форм-фактором и другими высокомощными системами», – утверждает Лю.
Вследствие бесконечной миниатюризации и интеграции, производительности и надежности современных электронных устройств и многим другим мощным системам сильно угрожают серьезные проблемы теплоотдачи.
«Чтобы решить эту проблему, материалы, передающие тепло, должны обладать лучшими свойствами, когда речь идет о теплопроводности, толщине, гибкости и надежности, чтобы соответствовать сложному и высокоинтегрированному характеру энергосистем», – говорит Лю. «Материалы для теплопроводности, доступные на рынке сегодня, такие как медь, алюминий и искусственная графитовая пленка, больше не соответствуют и не удовлетворяют эти требования».
Интеллектуальная собственность в высококачественном производственном процессе для этой графеновой пленки принадлежит SHT Smart High Tech AB, дочерней компании Chalmers, которая намерена сосредоточиться на коммерциализации данной технологии.
