Los científicos del Instituto Max Planck de Investigación de Polímeros (MPI-P) en Mainz y la Universidad Nacional de Singapur han atestiguado que la conductividad térmica del grafeno diverge con el tamaño de las muestras. Este descubrimiento desafía las leyes fundamentales de la conducción de calor para materiales extendidos.

Davide Donadio, jefe de un grupo de investigación Max Planck en el MPI-P, y su socio de Singapur pudieron predecir este fenómeno con simulaciones por computadora y verificarlo en experimentos. Su investigación y sus resultados ahora se han presentado en la revista científica Comunicaciones de la naturaleza .

"Reconocimos mecanismos de transferencia de calor que en realidad contradicen la ley de Fourier en la escala micrométrica. Ahora es necesario reinterpretar todas las mediciones experimentales anteriores de la conductividad térmica del grafeno. El concepto mismo de conductividad térmica como propiedad intrínseca no es válido para el grafeno, al menos para parches de varios micrómetros ", dice Davide Donadio.

¿Son las constantes materiales alterables después de todo?

El físico francés Joseph Fourier había postulado las leyes de la propagación del calor en los sólidos. Respectivamente, La conductividad térmica es una propiedad intrínseca del material que normalmente es independiente del tamaño o la forma. En grafeno, una capa bidimensional de átomos de carbono, no es el caso, como ahora descubrieron nuestros científicos. Con experimentos y simulaciones por computadora, encontraron que la conductividad térmica aumenta logarítmicamente en función del tamaño de las muestras de grafeno:es decir, cuanto más largos sean los parches de grafeno, más calor se puede transferir por unidad de longitud.

Esta es otra propiedad única de este material maravilloso muy elogiado que es el grafeno:es químicamente muy estable, flexible, cien veces más resistente al desgarro que el acero y al mismo tiempo muy ligero. El grafeno ya era conocido por ser un excelente conductor de calor:la novedad aquí es que su conductividad térmica, que hasta ahora se consideraba una constante material, varía a medida que aumenta la longitud del grafeno. Después de analizar las simulaciones, Davide Donadio descubrió que esta característica se debe a la combinación de dimensionalidad reducida y unión química rígida, que hacen que la vibración térmica se propague con una disipación mínima en condiciones de no equilibrio.

Refrigeración óptima para nanoelectrónica

En la micro y nanoelectrónica, el calor es el factor limitante para componentes más pequeños y eficientes. Por lo tanto, Los materiales con conductividad térmica prácticamente ilimitada tienen un enorme potencial para este tipo de aplicaciones. Materiales con excelentes propiedades electrónicas que también son auto-refrigerantes, como podría ser el grafeno, son el sueño de todo ingeniero electrónico.

Davide Donadio, un investigador nacido en Italia, ya se ha ocupado de nanoestructuras de carbono, procesos de cristalización y materiales termoeléctricos durante sus estudios en Milán, su investigación se mantiene en la ETH Zurich (Suiza) y en la Universidad de California, Davis (Estados Unidos). Desde 2010, ha estado investigando, entre otros, transporte térmico en nanoestructuras utilizando la física teórica y simulando el comportamiento atómico de sustancias con su Grupo de Investigación Max Planck en el MPI-P.