Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers han desarrollado un método para enfriar de manera eficiente la electrónica utilizando una película a base de grafeno. La película tiene una capacidad de conductividad térmica cuatro veces mayor que la del cobre. Es más, la película de grafeno se puede unir a componentes electrónicos hechos de silicio, lo que favorece el rendimiento de la película en comparación con las características típicas del grafeno mostradas en anteriores, experimentos similares.

Los sistemas electrónicos disponibles en la actualidad acumulan una gran cantidad de calor, principalmente debido a la creciente demanda de funcionalidad. Eliminar el exceso de calor de manera eficiente es imperativo para prolongar la vida útil de los dispositivos electrónicos. y también conduciría a una reducción considerable en el uso de energía. Según un estudio estadounidense, aproximadamente la mitad de la energía necesaria para ejecutar servidores informáticos, se utiliza solo con fines de refrigeración.

Un par de años atras, un equipo de investigación dirigido por Johan Liu, profesor de la Universidad Tecnológica de Chalmers, fueron los primeros en demostrar que el grafeno puede tener un efecto de enfriamiento en la electrónica basada en silicio. Ese fue el punto de partida para los investigadores que realizan investigaciones sobre el enfriamiento de componentes electrónicos basados ​​en silicio utilizando grafeno.

"Pero los métodos que se han implementado hasta ahora han presentado problemas a los investigadores", Dice Johan Liu. "Se ha hecho evidente que esos métodos no se pueden utilizar para eliminar grandes cantidades de calor de los dispositivos electrónicos, porque han consistido solo en unas pocas capas de átomos conductores térmicos. Cuando intentas agregar más capas de grafeno, surge otro problema, un problema de adhesividad. Después de haber aumentado la cantidad de capas, el grafeno ya no se adherirá a la superficie, ya que la adhesión se mantiene unida sólo por enlaces débiles de van der Waals ".

"Ahora hemos resuelto este problema logrando crear fuertes enlaces covalentes entre la película de grafeno y la superficie, que es un componente electrónico hecho de silicio, " él continúa.

Los enlaces más fuertes resultan de la llamada funcionalización del grafeno, es decir, la adición de una molécula que altere las propiedades. Habiendo probado varios aditivos diferentes, los investigadores de Chalmers concluyeron que una adición de moléculas de (3-aminopropil) trietoxisilano (APTES) tiene el efecto más deseado. Cuando se calienta y se somete a hidrólisis, crea los llamados enlaces de silano entre el grafeno y el componente electrónico (ver imagen).

Es más, La funcionalización mediante acoplamiento de silano duplica la conductividad térmica del grafeno. Los investigadores han demostrado que la conductividad térmica en el plano de la película a base de grafeno, con 20 micrómetros de espesor, puede alcanzar un valor de conductividad térmica de 1600 W / mK, que es cuatro veces mayor que el del cobre.

"El aumento de la capacidad térmica podría dar lugar a varias aplicaciones nuevas para el grafeno, "dice Johan Liu." Un ejemplo es la integración de películas basadas en grafeno en dispositivos y sistemas microelectrónicos, como diodos emisores de luz (LED) de alta eficiencia, láseres y componentes de radiofrecuencia para refrigeración. La película basada en grafeno también podría allanar el camino para menor, más eficiente energéticamente, electrónica sostenible de alta potencia ".

Los resultados fueron publicados recientemente en la reconocida revista Materiales funcionales avanzados .