Las estructuras tridimensionales de nitruro de boro podrían ser lo correcto para mantener fríos los dispositivos electrónicos pequeños, según científicos de la Universidad de Rice.

Los investigadores de Rice, Rouzbeh Shahsavari y Navid Sakhavand, completaron el primer análisis teórico de cómo podría usarse el nitruro de boro 3-D como material sintonizable para controlar el flujo de calor en tales dispositivos.

Su trabajo aparece este mes en la revista American Chemical Society. Materiales e interfaces aplicados .

En su forma bidimensional, nitruro de boro hexagonal (h-BN), también conocido como grafeno blanco, se parece a la forma de carbono de un átomo de espesor conocida como grafeno. Una diferencia bien estudiada es que h-BN es un aislante natural, donde el grafeno perfecto no presenta ninguna barrera a la electricidad.

Pero como el grafeno, h-BN es un buen conductor de calor, que se puede cuantificar en forma de fonones. (Técnicamente, un fonón es una parte, una "cuasipartícula", en una excitación colectiva de átomos). El uso de nitruro de boro para controlar el flujo de calor parecía digno de una mirada más cercana, Dijo Shahsavari.

"Por lo general, en toda la electrónica, es muy deseable sacar el calor del sistema de la forma más rápida y eficiente posible, ", dijo." Uno de los inconvenientes de la electrónica, especialmente cuando tiene materiales en capas sobre un sustrato, es que el calor se mueve muy rápido en una dirección, a lo largo de un plano conductor, pero no tan bueno de capa en capa. Varias capas de grafeno apiladas es un buen ejemplo de esto ".

El calor se mueve balísticamente a través de planos planos de nitruro de boro, también, pero las simulaciones de Rice mostraron que las estructuras tridimensionales de los planos h-BN conectados por nanotubos de nitruro de boro podrían mover fonones en todas las direcciones, ya sea en el plano o entre planos, Dijo Shahsavari.

Los investigadores calcularon cómo fluirían los fonones a través de cuatro de esas estructuras con nanotubos de varias longitudes y densidades. Encontraron que los cruces de pilares y aviones actuaban como semáforos amarillos, no detener, pero ralentizar significativamente el flujo de fonones de capa a capa, Dijo Shahsavari. Tanto la longitud como la densidad de los pilares tuvieron un efecto en el flujo de calor:más pilares y / o más cortos ralentizaron la conducción, mientras que los pilares más largos presentaban menos barreras y, por lo tanto, aceleraban las cosas.

Si bien los investigadores ya han realizado uniones entre grafeno y nanotubos de carbono, Shahsavari creía que tales uniones para materiales de nitruro de boro podrían ser igualmente prometedoras. "Dadas las propiedades aislantes del nitruro de boro, pueden habilitar y complementar la creación de 3-D, nanoelectrónica basada en grafeno.

"Este tipo de sistema de gestión térmica 3-D puede abrir oportunidades para los interruptores térmicos, o rectificadores térmicos, donde el calor que fluye en una dirección puede ser diferente a la dirección inversa, ", Dijo Shahsavari." Esto se puede hacer cambiando la forma del material, o cambiar su masa, digamos que un lado es más pesado que el otro, para crear un interruptor. El calor siempre preferiría ir en un sentido, pero en la dirección contraria sería más lento ".