Los investigadores han encontrado una forma inesperada de controlar la conductividad térmica de materiales bidimensionales (2-D), lo que permitirá a los diseñadores de electrónica disipar el calor en los dispositivos electrónicos que utilizan estos materiales.

Los materiales 2-D tienen una estructura en capas, con cada capa teniendo fuertes lazos horizontalmente, o "en avión, "y enlaces débiles entre las capas, o "fuera del avión". Estos materiales tienen propiedades químicas y electrónicas únicas, y son prometedores para su uso en la creación de delgada, dispositivos electrónicos ligeros.

Para muchas de estas posibles aplicaciones, es importante poder disipar el calor de manera eficiente. Y esto puede resultar complicado. En materiales 2-D, el calor se conduce de manera diferente en el plano que fuera del mismo.

Por ejemplo, en una clase de materiales 2-D, llamados TMD, el calor se conduce a 100 vatios por metro por Kelvin (W / mK) en el plano, pero a solo 2 W / mK fuera del plano. Eso le da una "relación de anisotropía térmica" de aproximadamente 50.

Para comprender mejor las propiedades de conducción térmica de los materiales 2-D, un equipo de investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign (UI) y el Toyota Research Institute of North America (TRINA) comenzaron a experimentar con disulfuro de molibdeno (MoS2), que es un TMD.

Los investigadores encontraron que, al introducir desorden en el MoS2, podrían alterar significativamente la relación de anisotropía térmica.

Los investigadores crearon este trastorno al introducir iones de litio entre las capas de MoS2. La presencia de iones de litio hace dos cosas simultáneamente:desalinea las capas del material 2-D entre sí, y obliga al MoS2 a reorganizar la estructura de los átomos que lo componen.

Cuando la relación de iones de litio a MoS2 alcanzó 0,34, la conductividad térmica en el plano fue de 45 W / mK, y la conductividad térmica fuera del plano se redujo a 0,4 W / mK, lo que aumentó la relación de anisotropía térmica del material de 50 a más de 100. En otras palabras, el calor se volvió más del doble de probabilidades de viajar en avión, a lo largo de la capa, en lugar de entre las capas.

Y eso fue lo mejor que pudo. Agregar menos iones de litio hizo que la relación de anisotropía térmica fuera menor. Agregar más iones también lo hizo más bajo. Pero en ambos casos, la proporción se vio afectada de manera predecible, lo que significa que los investigadores pudieron ajustar la conductividad térmica del material y la relación de anisotropía térmica.

"Este hallazgo fue muy contrario a la intuición, "dice Jun Liu, profesor asistente de ingeniería mecánica y aeroespacial en NC State y coautor correspondiente de un artículo que describe el trabajo. "La sabiduría convencional ha sido que la introducción de desorden en cualquier material disminuiría la proporción de anisotropía térmica.

"Pero según nuestras observaciones, Creemos que este enfoque para controlar la conductividad térmica se aplicaría no solo a otros TMD, pero a los materiales 2-D de manera más amplia, "Dice Liu.

"Nos propusimos avanzar en nuestra comprensión fundamental de los materiales 2-D, y tenemos, "Agrega Liu." Pero también aprendimos algo que probablemente sea de uso práctico para el desarrollo de tecnologías que hacen uso de materiales 2-D ".