Según científicos de la Universidad de Rice, las estructuras tridimensionales de nitruro de boro podrían ser el material adecuado para mantener frescos los pequeños dispositivos electrónicos.
Los investigadores de Rice Rouzbeh Shahsavari y Navid Sakhavand han completado el primer análisis teórico de cómo el nitruro de boro 3-D podría usarse como un 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, el nitruro de boro hexagonal h-BN, también conocido como grafeno blanco, se parece a la forma de carbono con un espesor de átomo conocido como grafeno. Una diferencia bien estudiada es que h-BN es un aislante natural, donde el grafeno perfecto no presenta 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 merecer una mirada más cercana, dijo Shahsavari.
"Por lo general, en todos los componentes electrónicos, es muy deseable sacar calor del sistema de la manera más rápida y eficiente posible", dijo. "Uno de los inconvenientes de la electrónica, especialmente cuando se tienen materiales en capas sobre un sustrato, es queel calor se mueve muy rápido en una dirección, a lo largo de un plano conductor, pero no tan bueno de capa a capa. Múltiples capas de grafeno apiladas es un buen ejemplo de esto ".
El calor también se mueve balísticamente a través de planos de nitruro de boro, 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 a travésaviones, dijo Shahsavari.
Los investigadores calcularon cómo fluirían los fonones a través de cuatro de esas estructuras con nanotubos de varias longitudes y densidades. Descubrieron que las uniones de pilares y aviones actuaban como semáforos amarillos, sin detenerse, pero disminuyendo significativamente el flujo de fonones de capa a capa, Shahsavaritanto la longitud como la densidad de los pilares tuvieron un efecto en el flujo de calor: más o más pilares disminuyeron la conducción, mientras que los pilares más largos presentaron menos barreras y, por lo tanto, aceleraron las cosas.
Si bien los investigadores ya han hecho uniones de nanotubos de grafeno / carbono, Shahsavari creía que tales uniones para materiales de nitruro de boro podrían ser igual de prometedoras ". Dadas las propiedades aislantes del nitruro de boro, pueden permitir y complementar la creación de grafeno en 3-Dnanoelectrónica basada.
"Este tipo de sistema de gestión térmica en 3-D puede abrir oportunidades para interruptores térmicos o rectificadores térmicos, donde el calor que fluye en una dirección puede ser diferente a la dirección inversa", dijo Shahsavari. "Esto puede hacerse mediantecambiar 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 una dirección, pero en la dirección inversa sería más lento ".
Shahsavari es profesora asistente de ingeniería civil y ambiental y de ciencia de materiales y nanoingeniería. Sakhavand es un ex estudiante de posgrado en Rice.
La Fundación Nacional de Ciencias y el Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental de Rice apoyaron la investigación. Los investigadores utilizaron la supercomputadora DAVinCI respaldada por la Fundación Nacional de Ciencias administrada por el Instituto Ken Kennedy de Tecnología de la Información de Rice. También utilizaron recursos informáticos respaldados por los Institutos Nacionalesof Health, IBM, CISCO, Qlogic and Adaptive Computing.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Original escrito por Mike Williams. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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