Una Universidad de California, El profesor de ingeniería de Riverside y un equipo de investigadores han hecho un descubrimiento revolucionario con el grafeno, un material que podría desempeñar un papel importante para evitar que las computadoras portátiles y otros dispositivos electrónicos se sobrecalienten.

Alexander Balandin, profesor de ingeniería eléctrica en UC Riverside Bourns College of Engineering, e investigadores de la Universidad de Texas en Austin, La Universidad de Texas en Dallas y la Universidad de Xiamen en China, han demostrado que las propiedades térmicas del grafeno diseñado isotópicamente son muy superiores a las del grafeno en su estado natural.

Los esfuerzos de investigación fueron dirigidos por el profesor Rodney S. Ruoff de UT Austin y Balandin, un autor correspondiente para el artículo, "Conductividad térmica del grafeno isotópicamente modificado". Fue publicado en línea el 8 de enero por la revista Materiales de la naturaleza y luego aparecerá en la publicación impresa.

Los resultados aportan grafeno, un cristal de carbono de un solo átomo de espesor con propiedades únicas, incluyendo conductividad eléctrica y térmica superior, Resistencia mecánica y absorción óptica única:un paso más cerca de ser utilizado como conductor térmico para gestionar la disipación de calor en todo, desde la electrónica hasta las células solares fotovoltaicas y los radares.

"El hallazgo importante es la posibilidad de una fuerte mejora de las propiedades de conducción térmica del grafeno isotópicamente puro sin una alteración sustancial de las características eléctricas, propiedades ópticas y otras propiedades físicas, ", Dijo Balandin." El grafeno isotópicamente puro puede convertirse en una excelente opción para muchas aplicaciones prácticas siempre que el costo del material se mantenga bajo control ".

Añadió:"Los datos experimentales sobre la conducción de calor en el grafeno diseñado isotópicamente también son de importancia crucial para desarrollar una teoría precisa de la conductividad térmica en el grafeno y otros cristales bidimensionales".

La investigación utilizó el método optotermal Raman, una técnica de medición de la conductividad térmica desarrollada por Balandin. En 2008, Balandin y los miembros de su grupo demostraron experimentalmente que el grafeno es un excelente conductor de calor. También desarrollaron la primera teoría detallada de la conducción de calor en grafeno y cristales bidimensionales relacionados.

El trabajo presentado en el artículo de Nature Materials muestra que la conductividad térmica del grafeno diseñado isotópicamente mejora considerablemente en comparación con el grafeno en su estado natural.

Materiales de carbono de origen natural, incluido el grafeno, se componen de dos isótopos estables:aproximadamente el 99 por ciento de 12C (denominado "carbono 12") y el 1% de 13C (denominado "carbono 13"). La diferencia entre isótopos está en la masa atómica de los átomos de carbono. La eliminación de aproximadamente el 1 por ciento del carbono 13, también llamada purificación isotópica, modifica las propiedades dinámicas de las redes cristalinas y afecta su conductividad térmica.

La importancia de la presente investigación se explica por las necesidades prácticas de materiales con alta conductividad térmica. La eliminación de calor se ha convertido en un tema crucial para el progreso continuo de la industria electrónica. debido al aumento de los niveles de potencia disipada a medida que los dispositivos se vuelven cada vez más pequeños. La búsqueda de materiales que conduzcan bien el calor se ha vuelto esencial para el diseño de la próxima generación de circuitos integrados y electrónica tridimensional. Balandin, quien también es presidente fundador del programa de ciencia e ingeniería de materiales (MS&E) en UC Riverside, cree que el grafeno se incorporará gradualmente a diferentes dispositivos.

Al principio, Es probable que se utilice en algunas aplicaciones de nicho, como materiales de interfaz térmica para envases de chips o electrodos transparentes en células solares fotovoltaicas o pantallas flexibles. él dijo.

En unos años, podría usarse con silicio en chips de computadora, por ejemplo, como cableado de interconexión o esparcidores de calor. También tiene el potencial de beneficiar a otras aplicaciones electrónicas, incluyendo transistores analógicos de alta frecuencia, que se utilizan en comunicaciones inalámbricas, Radar, sistemas de seguridad e imágenes.

Balandin y los siguientes investigadores contribuyeron a los hallazgos en el Materiales de la naturaleza papel:

El equipo de UT Austin, que realizó la purificación isotópica de grafeno, incluido Ruoff, Shanshan Chen, un becario postdoctoral, Weiwei Cai, ex investigador postdoctoral que ahora es profesor en la Universidad de Xiamen y Columbia Mishra, un estudiante graduado.

El equipo de UT Dallas, que realizó simulaciones de dinámica molecular que se compararon bien con la conectividad térmica más fuerte del grafeno diseñado isotópicamente, incluido Kyeongjae Cho, Un profesor, y Hengji Zhang, estudiante graduado.