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 pilares láminas de grafeno conectadas por nanotubos de carbono unidos covalentemente para descubrir su resistencia 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 ACS .
Los investigadores que estudian o están trabajando para hacer grafeno en pilares han visto principalmente dos características del material teórico: la longitud de los pilares y su distancia entre sí. El nuevo estudio sugiere que un tercer parámetro: la naturaleza de la unión entreel grafeno y los nanotubos, también deben considerarse.
Una conexión perfecta entre el grafeno plano, la forma de carbono de un átomo de espesor, y los nanotubos redondos requiere ajustes en sus característicos anillos de carbono de seis miembros. La forma más sencilla es dar a la mitad de los anillos en la unión un átomo extra.Los anillos de los miembros que se alternan con seis anillos de seis miembros permiten que la hoja haga 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 estresaría ligeramente el grafeno. Eso arrugaría la parte superior e inferior de las hojas de grafeno, aunque no de forma significativacambio de transporte en los cruces.
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 hacía más rápido con las arrugas. Determinaron que tener menos anillos en las uniones entre nanotubos y grafeno significaba menos dispersión defonones portadores de calor, que los mantuvieron a bordo para el viaje lleno de baches.
Medidos 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, un asistenteprofesor de ingeniería civil y medioambiental y de ciencia de los materiales y nanoingeniería. "Dadas las necesidades actuales de gestión térmica y miniaturización de dispositivos en muchas nano y microelectrónicas, 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 el 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, menor será el número de anillos indeseables y, por lo tanto, menor será la dispersión de fonones ytransporte térmico mejorado ". 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, dijo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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