El grafeno con pilares transferiría mejor el calor si el material teórico tuviera algunas uniones asimétricas que causaran arrugas, según los ingenieros de la Universidad de Rice.

El científico de materiales de arroz Rouzbeh Shahsavari y el alumno Navid Sakhavand construyeron por primera vez modelos informáticos a nivel de átomo de grafeno con columnas (láminas de grafeno conectadas por nanotubos de carbono unidos covalentemente) para descubrir su fuerza y ​​propiedades eléctricas, así como su conductividad térmica.

En un nuevo estudio, encontraron que manipular las uniones entre los nanotubos y el grafeno tiene un impacto significativo en la capacidad del material para dirigir el calor. Eso podría ser importante ya que los dispositivos electrónicos se encogen y requieren disipadores de calor más sofisticados.

La investigación aparece en la revista American Chemical Society Materiales e interfaces aplicados de ACS .

Los investigadores que estudian o están trabajando para hacer grafeno con pilares han visto principalmente dos características del material teórico:la longitud de los pilares y su distancia entre sí. El nuevo estudio sugiere que también se debe considerar un tercer parámetro, la naturaleza de la unión entre el grafeno y los nanotubos.

Una conexión perfecta entre el grafeno plano, la forma de carbono de un átomo de espesor, y los nanotubos redondos requieren ajustes en sus característicos anillos de carbono de seis miembros. La forma más sencilla es dar un átomo extra a la mitad de los anillos de la unión. Seis anillos de siete miembros que se alternan con seis anillos de seis miembros permiten que la hoja dé un giro de 90 grados para convertirse en el tubo.

Pero esa no es la configuración óptima para el transporte de calor, según el equipo de Rice. Descubrió que la sustitución de seis heptágonos por tres octágonos facilitaría el giro y, al mismo tiempo, estresaría ligeramente el grafeno. Eso arrugaría la parte superior e inferior de las hojas de grafeno sin cambiar significativamente el transporte en las uniones.

Los investigadores esperaban intuitivamente que las arrugas redujeran el transporte térmico y se sorprendieron al descubrir que el transporte térmico a través del grafeno "en el plano" se volvió más rápido con las arrugas. Determinaron que tener menos anillos en las uniones entre nanotubos y grafeno significaba menos dispersión de fonones portadores de calor, que los mantuvo a bordo para el viaje lleno de baches.

Medido a lo largo del plano más largo, los modelos con octágonos eran casi un 20 por ciento mejores en el transporte de fonones que los que no los tenían. "Nuestros resultados muestran que características sutiles como esta configuración de unión tienen un impacto significativo en el transporte térmico, "dijo Shahsavari, profesor asistente de ingeniería civil y ambiental y de ciencia de materiales y nanoingeniería. "Dadas las necesidades actuales en gestión térmica y miniaturización de dispositivos en muchos nano y microelectrónica, este estudio proporciona un nuevo grado de libertad para jugar y mejorar el transporte térmico ".

Los investigadores pensaron que el transporte de fonones a través de los nanotubos, que ya sabían que era más lento que en grafeno, podría ser más lento aún bajo la influencia de los octágonos, pero la interfaz alterada no pareció tener un efecto significativo.

"La razón radica en la geometría, ", Dijo Shahsavari." Cuanto menor sea el número de anillos no hexagonales en la unión (por ejemplo, tres octágonos frente a seis heptágonos), cuanto menor sea el número de anillos indeseables y, por lo tanto, menor dispersión de fonones y mejor transporte térmico ". Debido a que las uniones pueden adoptar muchas geometrías diferentes según el radio y la quiralidad del nanotubo, hay muchas más configuraciones potenciales para modelar, él dijo.