Des chercheurs de l'Université de technologie Chalmers ont développé une méthode pour refroidir efficacement l'électronique à l'aide d'un film à base de graphène. Le film a une capacité de conductivité thermique quatre fois supérieure à celle du cuivre. De plus, le film de graphène peut être fixé sur des composants électroniques en silicium, ce qui favorise les performances du film par rapport aux caractéristiques typiques du graphène montrées précédemment, expériences similaires.

Les systèmes électroniques disponibles aujourd'hui accumulent beaucoup de chaleur, principalement en raison de la demande toujours croissante de fonctionnalités. Se débarrasser efficacement de l'excès de chaleur est impératif pour prolonger la durée de vie de l'électronique, et conduirait également à une réduction considérable de la consommation d'énergie. Selon une étude américaine, environ la moitié de l'énergie nécessaire au fonctionnement des serveurs informatiques, est utilisé uniquement à des fins de refroidissement.

Il y a quelques années, une équipe de recherche dirigée par Johan Liu, professeur à l'Université de technologie Chalmers, ont été les premiers à montrer que le graphène peut avoir un effet refroidissant sur l'électronique à base de silicium. C'était le point de départ pour les chercheurs qui menaient des recherches sur le refroidissement de l'électronique à base de silicium à l'aide de graphène.

"Mais les méthodes qui ont été mises en place jusqu'à présent ont posé des problèmes aux chercheurs", dit Johan Liu. "Il est devenu évident que ces méthodes ne peuvent pas être utilisées pour débarrasser les appareils électroniques de grandes quantités de chaleur, parce qu'ils n'étaient constitués que de quelques couches d'atomes thermoconducteurs. Lorsque vous essayez d'ajouter plus de couches de graphène, un autre problème se pose, un problème d'adhérence. Après avoir augmenté le nombre de couches, le graphène n'adhérera plus à la surface, puisque l'adhésion n'est maintenue que par de faibles liaisons van der Waals.

"Nous avons maintenant résolu ce problème en parvenant à créer des liaisons covalentes fortes entre le film de graphène et la surface, qui est un composant électronique en silicium, " il continue.

Les liaisons plus fortes résultent de ce qu'on appelle la fonctionnalisation du graphène, c'est-à-dire l'ajout d'une molécule modifiant les propriétés. Après avoir testé plusieurs additifs différents, les chercheurs de Chalmers ont conclu qu'une addition de molécules de (3-aminopropyl) triéthoxysilane (APTES) a l'effet le plus souhaité. Lorsqu'il est chauffé et soumis à l'hydrolyse, il crée des liaisons dites silane entre le graphène et le composant électronique (voir photo).

De plus, la fonctionnalisation par couplage silane double la conductivité thermique du graphène. Les chercheurs ont montré que la conductivité thermique dans le plan du film à base de graphène, avec une épaisseur de 20 micromètres, peut atteindre une valeur de conductivité thermique de 1600 W/mK, qui est quatre fois celle du cuivre.

"L'augmentation de la capacité thermique pourrait conduire à plusieurs nouvelles applications pour le graphène, " explique Johan Liu. " Un exemple est l'intégration de films à base de graphène dans des dispositifs et systèmes microélectroniques, telles que les diodes électroluminescentes (LED) hautement efficaces, lasers et composants radiofréquence à des fins de refroidissement. Un film à base de graphène pourrait également ouvrir la voie à une vitesse plus rapide, plus petite, plus économe en énergie, électronique haute puissance durable."

Les résultats ont été récemment publiés dans la célèbre revue Matériaux fonctionnels avancés .