Es uno de los objetivos deseados por los humanos que queremos controlar con precisión el transporte de calor al mismo nivel que podemos controlar la corriente eléctrica. Sin embargo, todavía falta un rectificador térmico de alto rendimiento o un diodo térmico. Actualmente, los investigadores del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón (JAIST) han demostrado un dispositivo de nanomalla de grafeno asimétrico prometedor que muestra una alta relación de rectificación térmica a bajas temperaturas. El experimento proporciona una guía práctica para desarrollar un rectificador térmico de alta eficiencia basado en una estructura de nanomalla de grafeno. Los hallazgos se publican en Nano Futures .

El rectificador térmico fue demostrado por primera vez por Starr C. en 1936, en el que el flujo de calor en una dirección es mayor que en la dirección opuesta, de forma similar a un diodo eléctrico. El mecanismo convencional en materiales a granel se basa en la diferente dependencia de la temperatura de las conductividades térmicas en dos materiales de composición diferente. Sin embargo, la mayoría de los resultados demostrados basados ​​en este mecanismo muestran una tasa de rectificación baja de alrededor del 10 al 20 por ciento. Además, en dispositivos a nanoescala, es casi imposible conocer las conductividades térmicas de cada parte de un rectificador térmico. Bajo esta condición, se demanda una nueva estrategia para desarrollar un rectificador térmico de alto rendimiento.

Un equipo de investigación de fonones dirigido por el Dr. Fayong Liu y el Prof. Hiroshi Mizuta de JAIST, en colaboración con investigadores del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Industrial Avanzada (AIST), ha demostrado que el fenómeno de rectificación térmica se puede observar con una alta proporción hasta un 60 por ciento en dispositivos de nanomalla de grafeno asimétricos suspendidos a bajas temperaturas (150K y 250K). Introducen una nanomalla de grafeno como una estructura de cristal fonónico artificial en la mitad del área del canal de flujo de calor (Figura 1). El diámetro de los nanoporos es de 6 nm aproximadamente y el paso es de 20 nm. Con la ayuda del método de 'fuga térmica diferencial', la medición del flujo de calor no se ve perturbada por la fuga de corriente de electrones a través del canal suspendido. La investigación se centra en las propiedades de transporte de fonones de este tipo de nueva estructura de dispositivo.

"El resultado de esta investigación es un avance significativo hacia la aplicación práctica del grafeno a la gestión térmica. También es un hito notable para nuestro objetivo final de aplicar el grafeno para construir un mundo más verde", dice el profesor Hiroshi Mizuta, director de Mizuta Lab. El laboratorio de Mizuta se centra en la física fundamental y las aplicaciones potenciales de los dispositivos basados ​​en grafeno. Esta investigación proporciona una forma sistemática de mejorar el rendimiento del rectificador térmico y también plantea la posibilidad de extenderlo a aplicaciones a temperatura ambiente. + Explora más

Nuevo 'ladrillo' para la nanotecnología:la nanomalla de grafeno