(PhysOrg.com) - Universidad de California, El profesor de ingeniería eléctrica de Riverside y presidente de ciencia e ingeniería de materiales, Alexander Balandin, está dirigiendo varios proyectos para explorar formas de utilizar las capacidades únicas de las colchas de grafeno. como conductores de calor en la electrónica de alta potencia.

Universidad de California, El profesor de ingeniería eléctrica de Riverside (UCR) y presidente de ciencia e ingeniería de materiales, Alexander Balandin, está dirigiendo varios proyectos para explorar formas de utilizar las capacidades únicas de los “edredones” de grafeno como conductores de calor en la electrónica de alta potencia.

El grafeno es un cristal de carbono de un solo átomo de espesor descubierto recientemente, que revela muchas propiedades únicas. En los diseños de Balandin, Los "edredones" de grafeno (redes superpuestas de gran superficie de copos de grafeno) desempeñarán un papel completamente opuesto al de los edredones de tu abuela. Eliminarán el calor en lugar de retenerlo.

Su trabajo en capas conductoras de calor de grafeno para la eliminación de calor de transistores de nitruro de galio de alta potencia está siendo financiado por 420 dólares recientemente otorgados. 000 subvención de la Oficina de Investigación Naval de los EE. UU. (ONR). Su objetivo es una demostración experimental de prueba de concepto que se llevará a cabo en el laboratorio de nanodispositivos (NDL) de Balandin.

Además de la subvención ONR, Balandin recibió un nuevo subcontrato de tres años con el Interconnect Focus Center (IFC), con sede en el Instituto de Tecnología de Georgia, que se ocupa de las interconexiones de grafeno y los esparcidores de calor para la electrónica tridimensional (3-D). Según la Hoja de ruta tecnológica internacional para semiconductores, en los próximos cinco años, El cableado de interconexión consumirá hasta el 80 por ciento de la energía del microprocesador, un factor que impulsa la búsqueda de nuevos materiales de interconexión y métodos innovadores de eliminación de calor.

Otro subcontrato reciente otorgado a Balandin es con el centro Functional Engineered Nano Architectonics (FENA) con sede en UCLA. En este centro, investiga los problemas de disipación de energía en nanoestructuras y nanodispositivos de grafeno. La nueva financiación combinada asegurada por Balandin este mes para los tres proyectos supera el millón de dólares. La financiación de los centros proviene de Semiconductor Research Corporation (SRC) y Defense Advanced Research Project Agency (DARPA).

La mayor parte de la investigación actual sobre el grafeno se ha centrado en sus propiedades electrónicas y el potencial del grafeno para los nanocircuitos de alta velocidad. Debido a su estructura única, los electrones viajan a velocidades extremadamente altas a lo largo de él.

Balandin se centra en otra de las propiedades notables del grafeno:su conductividad térmica extraordinariamente alta, que se puede utilizar para la eliminación de calor en nanoescala y electrónica 3-D. La velocidad más alta, Las densidades de potencia más altas y el aumento de la residencia térmica en los dispositivos de última generación dan como resultado el desarrollo de puntos calientes, degradación del rendimiento y ruptura térmica. El enfoque basado en grafeno propuesto por Balandin para la gestión térmica representa una desviación radical de los métodos convencionales y podría conducir a la creación de una nueva tecnología para la propagación de puntos calientes.

Debido a que el grafeno tiene solo una molécula de espesor, no se prestó a los métodos tradicionales de medición de la conductividad térmica. Balandin dirigió un equipo de investigadores que lo midió por primera vez utilizando una técnica no convencional original en 2008. El procedimiento implicó un enfoque sin contacto sobre la base de la espectroscopia Raman utilizando la dispersión inelástica de fotones (luz) por fonones (vibraciones de cristal). El poder disipado en el grafeno y el correspondiente aumento de temperatura fueron detectados por cambios extremadamente pequeños en la longitud de onda de la luz dispersada por el grafeno. Eso fue suficiente para extraer los valores de la conductividad térmica mediante un elaborado procedimiento matemático.

El grupo de investigación de Balandin descubrió que la conductividad térmica de grandes láminas de grafeno suspendidas varía en el rango de aproximadamente 3000 a 5300 W / mK (vatios por metro por grado Kelvin) cerca de la temperatura ambiente. Estos son valores muy altos, que superan a los de los nanotubos de carbono (3, 000-3, 500 W / mK) y diamante (1, 000-2, 200 W / mK).

Como resultado de sus hallazgos, Balandin ha propuesto varios enfoques innovadores basados ​​en grafeno para la gestión térmica, lo que podría llevar a la creación de una nueva tecnología para el enfriamiento local y la difusión de puntos calientes en chips ultrarrápidos y de alta densidad de potencia. Se puede encontrar una descripción detallada de la investigación de gestión térmica y grafeno de Balandin en su artículo de divulgación científica invitado, "Relajarse, ”En la edición de octubre de 2009 de Espectro IEEE , la revista del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE).