Une université de Californie, Le professeur d'ingénierie Riverside et une équipe de chercheurs ont fait une découverte révolutionnaire avec le graphène, un matériau qui pourrait jouer un rôle majeur pour empêcher les ordinateurs portables et autres appareils électroniques de surchauffer.

Alexandre Balandine, professeur de génie électrique à l'UC Riverside Bourns College of Engineering, et des chercheurs de l'Université du Texas à Austin, L'Université du Texas à Dallas et l'Université de Xiamen en Chine, ont montré que les propriétés thermiques du graphène issu de l'ingénierie isotopique sont de loin supérieures à celles du graphène à l'état naturel.

Les efforts de recherche ont été dirigés par le professeur Rodney S. Ruoff de UT Austin et Balandin, un auteur correspondant pour l'article, « La conductivité thermique du graphène modifié isotopiquement. » Il a été publié en ligne le 8 janvier par le journal Matériaux naturels et apparaîtra plus tard dans la publication imprimée.

Les résultats apportent du graphène - un cristal de carbone épais à un seul atome avec des propriétés uniques, y compris une conductivité électrique et thermique supérieure, résistance mécanique et absorption optique unique - un pas de plus vers l'utilisation comme conducteur thermique pour gérer la dissipation thermique dans tout, de l'électronique aux cellules solaires photovoltaïques en passant par les radars.

"La découverte importante est la possibilité d'une forte amélioration des propriétés de conduction thermique du graphène isotopiquement pur sans altération substantielle de l'électricité, propriétés optiques et autres propriétés physiques, " Balandin a déclaré. " Le graphène isotopiquement pur peut devenir un excellent choix pour de nombreuses applications pratiques à condition que le coût du matériau soit maîtrisé. "

Il a ajouté :« Les données expérimentales sur la conduction thermique dans le graphène fabriqué par isotope sont également d'une importance cruciale pour développer une théorie précise de la conductivité thermique dans le graphène et d'autres cristaux bidimensionnels.

La recherche a utilisé la méthode optothermique Raman, une technique de mesure de la conductivité thermique développée par Balandin. En 2008, Balandin et les membres de son groupe ont démontré expérimentalement que le graphène est un excellent conducteur de chaleur. Ils ont également développé la première théorie détaillée de la conduction thermique dans le graphène et les cristaux bidimensionnels associés.

Les travaux présentés dans l'article de Nature Materials montrent que la conductivité thermique du graphène issu de l'ingénierie isotopique est fortement améliorée par rapport au graphène à l'état naturel.

Matériaux carbonés naturels, dont le graphène, sont constitués de deux isotopes stables :environ 99 % du 12C (appelé « carbone 12 ») et 1 % du 13C (appelé « carbone 13 »). La différence entre les isotopes réside dans la masse atomique des atomes de carbone. L'élimination d'environ 1% du carbone 13, aussi appelée purification isotopique, modifie les propriétés dynamiques des réseaux cristallins et affecte leur conductivité thermique.

L'importance de la présente recherche s'explique par les besoins pratiques en matériaux à haute conductivité thermique. L'évacuation de la chaleur est devenue un enjeu crucial pour la poursuite des progrès de l'industrie électronique, en raison de l'augmentation des niveaux de puissance dissipée à mesure que les appareils deviennent de plus en plus petits. La recherche de matériaux bien conducteurs de la chaleur est devenue essentielle pour la conception de la prochaine génération de circuits intégrés et d'électronique tridimensionnelle. Balandine, qui est également président fondateur du programme de science et ingénierie des matériaux (MS&E) à UC Riverside, pense que le graphène sera progressivement incorporé dans différents appareils.

Au départ, il sera probablement utilisé dans certaines applications de niche telles que les matériaux d'interface thermique pour l'emballage de puces ou les électrodes transparentes dans les cellules solaires photovoltaïques ou les écrans flexibles, il a dit.

Dans quelques années, il pourrait être utilisé avec du silicium dans les puces informatiques, par exemple comme câblage d'interconnexion ou dissipateurs de chaleur. Il a également le potentiel de bénéficier à d'autres applications électroniques, y compris les transistors analogiques à haute fréquence, qui sont utilisés dans les communications sans fil, radar, systèmes de sécurité et imagerie.

Balandin et les chercheurs suivants ont contribué aux conclusions de la Matériaux naturels papier:

L'équipe de l'UT Austin, qui a effectué la purification isotopique du graphène, inclus Ruoff, Shanshan Chen, un post-doctorant, Weiwei Cai un ancien chercheur post-doctoral qui est maintenant professeur à l'Université de Xiamen et Columbia Mishra, un étudiant diplômé.

L'équipe de l'UT Dallas, qui a effectué des simulations de dynamique moléculaire qui se comparaient bien avec la connectivité thermique plus forte du graphène isotopiquement modifié, inclus Kyeongjae Cho, Un enseignant, et Hengji Zhang, étudiant diplomé.