Le graphène en pilier transférerait mieux la chaleur si le matériau théorique avait quelques jonctions asymétriques qui provoquaient des rides, selon les ingénieurs de l'Université Rice.

Le scientifique des matériaux du riz Rouzbeh Shahsavari et l'ancien élève Navid Sakhavand ont d'abord construit des modèles informatiques au niveau de l'atome de graphène à piliers - des feuilles de graphène reliées par des nanotubes de carbone liés par covalence - pour découvrir leur force et leurs propriétés électriques ainsi que leur conductivité thermique.

Dans une nouvelle étude, ils ont découvert que la manipulation des joints entre les nanotubes et le graphène a un impact significatif sur la capacité du matériau à diriger la chaleur. Cela pourrait être important car les appareils électroniques rétrécissent et nécessitent des dissipateurs thermiques plus sophistiqués.

La recherche apparaît dans la revue American Chemical Society Matériaux et interfaces appliqués ACS .

Les chercheurs qui étudient ou travaillent à fabriquer du graphène à piliers ont principalement considéré deux caractéristiques du matériau théorique :la longueur des piliers et leur distance les uns par rapport aux autres. La nouvelle étude suggère qu'un troisième paramètre, la nature de la jonction entre le graphène et les nanotubes, devrait également être pris en compte.

Une connexion transparente entre le graphène plat, la forme de carbone à épaisseur atomique, et les nanotubes ronds nécessitent des ajustements de leurs anneaux de carbone à six membres caractéristiques. Le moyen le plus simple est de donner à la moitié des anneaux à la jonction un atome supplémentaire. Six anneaux à sept membres alternant avec six anneaux à six membres permettent à la feuille de faire un virage à 90 degrés pour devenir le tube.

Mais ce n'est pas la configuration optimale pour le transport de chaleur, selon l'équipe de Rice. Il a constaté que le remplacement de six heptagones par trois octogones faciliterait le virage tout en stressant légèrement le graphène. Cela froisserait le haut et le bas des feuilles de graphène sans modifier de manière significative le transport aux jonctions.

Les chercheurs s'attendaient intuitivement à ce que les rides réduisent le transport thermique et ont été surpris de constater que le transport thermique à travers le graphène "dans le plan" devenait plus rapide avec les rides. Ils ont déterminé qu'avoir moins d'anneaux dans les jonctions entre les nanotubes et le graphène signifiait moins de diffusion des phonons caloporteurs, qui les a gardés à bord pour le trajet cahoteux.

Mesuré le long du plan le plus long, les modèles avec les octogones étaient près de 20 pour cent meilleurs pour transporter les phonons que ceux sans. "Nos résultats montrent que des caractéristiques subtiles telles que cette configuration de jonction ont un impact significatif sur le transport thermique, " dit Shahsavari, professeur adjoint de génie civil et environnemental et de science des matériaux et nano-ingénierie. "Compte tenu des besoins actuels en gestion thermique et miniaturisation des dispositifs dans de nombreuses nano- et microélectronique, cette étude offre un nouveau degré de liberté de jeu et améliore le transport thermique."

Les chercheurs pensaient que le transport des phonons à travers les nanotubes, dont ils savaient déjà qu'il était plus lent que dans le graphène, pourrait être plus lent encore sous l'influence des octogones, mais l'interface modifiée n'a pas semblé avoir un effet significatif.

"La raison réside dans la géométrie, " a déclaré Shahsavari. " Plus le nombre d'anneaux non hexagonaux dans la jonction est faible (par exemple trois octogones contre six heptagones), plus le nombre d'anneaux indésirables est faible et donc la diffusion des phonons et le transport thermique améliorés. » Parce que les jonctions peuvent adopter de nombreuses géométries différentes en fonction du rayon et de la chiralité du nanotube, il y a beaucoup plus de configurations potentielles à modéliser, il a dit.