(PhysOrg.com) -- Universiteit van Californië, Riverside Professor of Electrical Engineering en Chair of Materials Science and Engineering Alexander Balandin leidt verschillende projecten om manieren te verkennen om de unieke mogelijkheden van grafeen te gebruiken? Quilts? als warmtegeleiders in hoogvermogenelektronica.

Universiteit van Californië, Riverside (UCR), hoogleraar elektrotechniek en voorzitter van materiaalwetenschappen en -techniek Alexander Balandin leidt verschillende projecten om manieren te onderzoeken om de unieke mogelijkheden van grafeen-quilts als warmtegeleiders in krachtige elektronica te gebruiken.

Grafeen is een recent ontdekt koolstofkristal van één atoom dik, die veel unieke eigenschappen onthult. In de ontwerpen van Balandin, grafeen "quilts" (overlappende netwerken van grafeenvlokken met een groot oppervlak) zullen een nogal tegengestelde rol spelen van de quilts van uw oma. Ze zullen warmte afvoeren in plaats van deze vast te houden.

Zijn werk aan warmtegeleidende grafeencoatings voor warmteafvoer van krachtige galliumnitridetransistors wordt gefinancierd door een onlangs toegekende $ 420,-. 000 subsidie ​​van het Amerikaanse Office of Naval Research (ONR). Het is gericht op een experimentele proof-of-concept-demonstratie die zal worden uitgevoerd in Balandin's Nano-Device Laboratory (NDL).

Naast de ONR-subsidie, Balandin ontving een nieuw driejarig subcontract met het Interconnect Focus Center (IFC), gevestigd aan het Georgia Institute of Technology, dat zich bezighoudt met grafeenverbindingen en warmteverspreiders voor driedimensionale (3-D) elektronica. Volgens de International Technology Roadmap for Semiconductors, in de komende vijf jaar, tot 80 procent van het vermogen van de microprocessor zal worden verbruikt door de verbindingsbedrading - een driver voor het zoeken naar nieuwe verbindingsmaterialen en innovatieve methoden voor warmteafvoer.

Een ander recent onderaannemingscontract dat aan Balandin is toegekend, is met het centrum Functional Engineered Nano Architectonics (FENA), gevestigd aan de UCLA. In dit centrum, hij onderzoekt de problemen van energiedissipatie in grafeen nanostructuren en nanodevices. De gecombineerde nieuwe financiering die deze maand door Balandin is verkregen voor de drie projecten bedraagt ​​meer dan $ 1 miljoen. De financiering van de centra komt van de Semiconductor Research Corporation (SRC) en Defense Advanced Research Project Agency (DARPA).

Het meeste huidige onderzoek naar grafeen heeft zich gericht op de elektronische eigenschappen en het potentieel van grafeen voor snelle nanocircuits. Door zijn unieke structuur, elektronen reizen er met extreem hoge snelheden doorheen.

Balandin richt zich op een andere opmerkelijke eigenschap van grafeen:het is buitengewoon hoge thermische geleidbaarheid, die kan worden gebruikt voor warmteafvoer in nanoschaal en 3D-elektronica. De hogere snelheid, hogere vermogensdichtheden en verhoogde thermische residentie in de ultramoderne apparaten resulteren in de ontwikkeling van hotspots, prestatievermindering en thermische afbraak. Balandins voorgestelde op grafeen gebaseerde benadering voor thermisch beheer vertegenwoordigt een radicale afwijking van conventionele methoden en zou kunnen leiden tot de creatie van een nieuwe technologie voor hot-spot verspreiding.

Omdat grafeen maar één molecuul dik is, het leende zich niet voor traditionele methoden van thermische geleidbaarheidsmeting. Balandin leidde een team van onderzoekers dat het in 2008 voor het eerst met een originele, niet-conventionele techniek heeft gemeten. De procedure omvatte een contactloze benadering op basis van Raman-spectroscopie waarbij gebruik werd gemaakt van de inelastische verstrooiing van fotonen (licht) door fononen (kristaltrillingen). Het vermogen dat in grafeen wordt gedissipeerd en de bijbehorende temperatuurstijging werden gedetecteerd door extreem kleine verschuivingen in de golflengte van het verstrooide licht van grafeen. Dat was voldoende om de waarden van de thermische geleidbaarheid via een uitgebreide wiskundige procedure te extraheren.

De onderzoeksgroep van Balandin ontdekte dat de thermische geleidbaarheid van grote zwevende grafeenplaten in de buurt van kamertemperatuur varieert van ongeveer 3000 tot 5300 W/mK (watt per meter per graad Kelvin). Dit zijn zeer hoge waarden, die groter zijn dan die van koolstofnanobuisjes (3, 000-3, 500 W/mK) en diamant (1, 000-2, 200 W/mK).

Naar aanleiding van zijn bevindingen, Balandin heeft verschillende innovatieve, op grafeen gebaseerde benaderingen voor thermisch beheer voorgesteld, wat zou kunnen leiden tot het creëren van een nieuwe technologie voor lokale koeling en hot-spot verspreiding in de high-power-density en ultrasnelle chips. Een gedetailleerde beschrijving van Balandins onderzoek naar grafeen en thermisch beheer is te vinden in zijn uitgenodigde populairwetenschappelijke artikel, "Ontspan, ” in het oktobernummer van 2009 IEEE-spectrum , het tijdschrift van het The Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE).