Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers, Suecia, han desarrollado una película ensamblada con grafeno que tiene una conductividad térmica un 60 por ciento más alta que la película de grafito, a pesar del hecho de que el grafito simplemente consta de muchas capas de grafeno. La película de grafeno muestra un gran potencial como un nuevo material de difusión de calor para la electrónica impulsada por factores de forma y otros sistemas impulsados ​​por alta potencia.

Hasta ahora, Los científicos de la comunidad de investigación del grafeno han asumido que la película ensamblada con grafeno no puede tener una conductividad térmica más alta que la película de grafito. El grafeno de una sola capa tiene una conductividad térmica entre 3500 y 5000 W / mK. Si junta dos capas de grafeno, entonces teóricamente se convierte en grafito, ya que el grafeno es solo una capa de grafito.

Hoy dia, películas de grafito, que son prácticamente útiles para la disipación y propagación del calor en teléfonos móviles y otros dispositivos de energía, tienen una conductividad térmica de hasta 1950 W / mK. Por lo tanto, la película ensamblada con grafeno no debería tener una conductividad térmica más alta que ésta.

Los científicos investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers han cambiado recientemente esta situación. Descubrieron que la conductividad térmica de la película ensamblada con grafeno puede alcanzar hasta 3200 W / mK, que es más del 60 por ciento más alto que las mejores películas de grafito.

El profesor Johan Liu y su equipo de investigación han hecho esto mediante un control cuidadoso tanto del tamaño de grano como de los órdenes de apilamiento de las capas de grafeno. La alta conductividad térmica es el resultado de un gran tamaño de grano, alta planitud, y débil energía de enlace entre capas de las capas de grafeno. Con estas importantes características, fonones, cuyo movimiento y vibración determinan el rendimiento térmico, puede moverse más rápido en las capas de grafeno en lugar de interactuar entre las capas, lo que conduce a una mayor conductividad térmica.

"Este es de hecho un gran avance científico, y puede tener un gran impacto en la transformación de la industria de fabricación de películas de grafito existente ", dice Johan Liu.

Es más, los investigadores descubrieron que la película de grafeno tiene una resistencia mecánica a la tracción casi tres veces mayor que la película de grafito, alcanzando 70 MPa.

"Con las ventajas de la conductividad térmica ultra alta, y delgado, flexible, y estructuras robustas, la película de grafeno desarrollada muestra un gran potencial como un nuevo material de difusión de calor para la gestión térmica de la electrónica impulsada por factores de forma y otros sistemas de alta potencia ", dice Johan Liu.

Como consecuencia de la miniaturización e integración interminables, El rendimiento y la confiabilidad de los dispositivos electrónicos modernos y muchos otros sistemas de alta potencia están muy amenazados por problemas graves de disipación térmica.

"Para enfrentar el problema, los materiales que difunden el calor deben obtener mejores propiedades en lo que respecta a la conductividad térmica, espesor, flexibilidad y robustez, para adaptarse a la naturaleza compleja y altamente integrada de los sistemas de energía ", dice Johan Liu. "Materiales de conductividad térmica disponibles comercialmente, como el cobre, aluminio, y película de grafito artificial, ya no cumplirá ni satisfará estas demandas ".

La IP del proceso de fabricación de alta calidad para la película de grafeno pertenece a SHT Smart High Tech AB, una empresa derivada de Chalmers, que se va a centrar en la comercialización de la tecnología.

El método de fabricación de la película de grafeno se basa en la formación y reducción simultáneas de una película de óxido de grafeno. sobre sustrato de aluminio, separación de película seca-burbujeante, seguido de un tratamiento a alta temperatura y de prensado mecánico. Estas condiciones permiten la formación de la película de grafeno con un gran tamaño de grano, buena alineación atómica, estructura de película delgada, y baja energía de enlace entre capas. Todas estas características tienen un gran beneficio para la transferencia de fonones difusivos de alta frecuencia y fonones balísticos de baja frecuencia. y de ese modo conducir a la mejora de la conductividad térmica en el plano de la película de grafeno. Los fonones son partículas cuánticas que describen la conductividad térmica de un material.

El papel, "Adaptación de las propiedades térmicas y mecánicas de la película de grafeno mediante ingeniería estructural, "se publica en línea en la revista científica Pequeña .