(PhysOrg.com) -- "Hot sounds" heeft een betekenis voor muziekfans en een andere voor natuurkundigen. Tot de laatsten behoort een team van onderzoekers van Rice University, omdat ze hebben ontdekt dat akoestische golven die langs linten van grafeen reizen, misschien wel het ticket zijn voor het verwijderen van warmte van zeer kleine elektronische apparaten.

Een theoretisch model van Rice-fysicus Boris Yakobson en zijn studenten heeft vastgesteld dat grafeen - een enkellaagse honingraat van koolstofatomen en de focus van veel materiaalwetenschap en elektronica-onderzoek - thermische energie in golven kan overbrengen. Gezien de elastische eigenschappen van grafeen, lange golven van het akoestische soort lijken het beste te werken. Omdat de verstrooiingseigenschappen van grafeen laag zijn, zulke golven kunnen snel en ver gaan, niet door elkaar of door onvolkomenheden in het materiaal worden gehinderd.

Je zou nooit iets horen, hoe dicht je je oor ook bij het lint op nanoschaal houdt, zei Yakobson. Maar voor de onderzoekers de implicaties zijn duidelijk als een klok.

"Op deze schaal, grafeen is veelbelovend om fundamentele redenen, " zei Yakobson, een Rice-professor in werktuigbouwkunde en materiaalkunde en scheikunde en onderdeel van een programma dat onlangs nummer 1 in de wereld is genoemd vanwege de kwaliteit van zijn materiaalwetenschappelijk onderzoek. "De snelheid van het geluid is de snelheid waarmee energie kan worden afgevoerd, omdat warmte wordt getransporteerd, eigenlijk, door trillingen."

Yakobson en zijn co-auteurs, voormalig postdoctoraal medewerker Enrique Muñoz, nu een assistent-professor in de afdeling Wiskunde en Natuurkunde aan de Universiteit van Playa Ancha in Chili, en Jianxin Lu, een afgestudeerde Rice-student, publiceerden hun resultaten vorige week in de online editie van het tijdschrift Nano-brieven.

Munoz, de hoofdauteur van het artikel, zei het "bijna ballistische gedrag" van fononen, kwantumdeeltjes beschouwd als het equivalent van geluid aan de fotonen van licht, maakt het grafeenmateriaal 10 keer beter dan koper of goud bij het geleiden van warmte.

De truc om dergelijke heatpipes met grafeen effectief te maken, is om erachter te komen waar de warmte naartoe gaat als het het einde van het lint bereikt. een probleem dat Lu verder onderzoekt voor zowel nanolinten als nanobuisjes. Zonder een effectieve interface, de zich voortplantende golven van fononen zouden gewoon terugkaatsen.

"Je hebt een ander medium nodig, "Zei Yakobson. "Daarom zeg ik dat dit meer een warmtepijp is dan een koellichaam, omdat aan het uiteinde van het grafeen, contact met vloeistof nodig hebt, in een gas- of vloeistoffase, zodat deze golfenergie kan verdwijnen."

De vermogensdichtheid van de huidige micro-elektronica zou, op macroschaal, genoeg zijn om een ​​theepot in enkele seconden aan de kook te brengen. Het wordt dus steeds belangrijker om warmte van gevoelige instrumenten te verwijderen en deze snel aan de lucht af te geven.

"We hebben te maken met een zeer hoge warmtedichtheid - misschien een kilowatt per vierkante centimeter, " zei Yakobson. "Als je wilt barbecueën, dergelijke warmte is erg handig. Maar in dit geval, je zou eigenlijk je apparaat barbecueën."

Het vinden van een manier om om te gaan met het overbrengen van warmte weg van steeds kleinere apparaten is van cruciaal belang voor het ondersteunen van de wet van Moore, die nauwkeurig voorspelde (tot nu toe) dat het aantal transistors dat op een geïntegreerde schakeling zou kunnen worden geplaatst, ongeveer elke twee jaar zou verdubbelen.

"Een andere interessante toepassing van deze linten is de constructie van fonongolfgeleiders, " voegde Muñoz toe. "Grafeenlinten kunnen stukjes zijn in een circuit op nanoschaal waar fononen, in plaats van elektronen, dienen als informatiedragers in een andere computerarchitectuur."