Les structures tridimensionnelles de nitrure de bore pourraient être la bonne substance pour garder les petits appareils électroniques au frais, selon les scientifiques de l'Université Rice.

Les chercheurs sur le riz Rouzbeh Shahsavari et Navid Sakhavand ont terminé la première analyse théorique de la façon dont le nitrure de bore 3-D pourrait être utilisé comme matériau accordable pour contrôler le flux de chaleur dans de tels dispositifs.

Leurs travaux paraissent ce mois-ci dans la revue American Chemical Society Matériaux appliqués et interfaces .

Sous sa forme bidimensionnelle, nitrure de bore hexagonal (h-BN), alias graphène blanc, ressemble à la forme de carbone d'épaisseur atomique connue sous le nom de graphène. Une différence bien étudiée est que le h-BN est un isolant naturel, où le graphène parfait ne présente aucune barrière à l'électricité.

Mais comme le graphène, h-BN est un bon conducteur de chaleur, qui peut être quantifié sous forme de phonons. (Techniquement, un phonon est une partie - une "quasipparticule" - dans une excitation collective d'atomes.) L'utilisation du nitrure de bore pour contrôler le flux de chaleur semblait digne d'un examen plus approfondi, dit Shahsavari.

"Généralement dans tous les appareils électroniques, il est hautement souhaitable d'évacuer la chaleur du système aussi rapidement et efficacement que possible, " dit-il. " L'un des inconvénients de l'électronique, surtout lorsque vous avez des matériaux en couches sur un substrat, est que la chaleur se déplace très rapidement dans une direction, le long d'un plan conducteur, mais pas si bon d'une couche à l'autre. Plusieurs couches de graphène empilées en sont un bon exemple."

La chaleur se déplace de manière balistique à travers des plans plats de nitrure de bore, trop, mais les simulations de Rice ont montré que les structures 3-D des plans h-BN reliés par des nanotubes de nitrure de bore seraient capables de déplacer les phonons dans toutes les directions, que ce soit dans le plan ou à travers les plans, dit Shahsavari.

Les chercheurs ont calculé comment les phonons circuleraient à travers quatre de ces structures avec des nanotubes de différentes longueurs et densités. Ils ont trouvé que les jonctions de piliers et d'avions agissaient comme des feux de circulation jaunes, ne pas arrêter mais ralentir considérablement le flux de phonons de couche en couche, dit Shahsavari. Tant la longueur que la densité des piliers ont un effet sur le flux de chaleur :des piliers plus nombreux et/ou plus courts ralentissent la conduction, tandis que les piliers plus longs présentaient moins d'obstacles et accéléraient ainsi les choses.

Alors que les chercheurs ont déjà réalisé des jonctions graphène/nanotube de carbone, Shahsavari pensait que de telles jonctions pour les matériaux de nitrure de bore pourraient être tout aussi prometteuses. "Compte tenu des propriétés isolantes du nitrure de bore, ils peuvent permettre et compléter la création de 3-D, nanoélectronique à base de graphène.

« Ce type de système de gestion thermique 3D peut ouvrir des opportunités pour les interrupteurs thermiques, ou des redresseurs thermiques, où la chaleur circulant dans une direction peut être différente de la direction inverse, " a déclaré Shahsavari. " Cela peut être fait en changeant la forme du matériau, ou changer sa masse - disons qu'un côté est plus lourd que l'autre - pour créer un interrupteur. La chaleur préférerait toujours aller dans un sens, mais dans le sens inverse, ce serait plus lent."