Professor Alexander Balandin en een team van UC Riverside-onderzoekers, waaronder Chun Ning Lau, een universitair hoofddocent natuurkunde, hebben een nieuwe stap gezet in de richting van nieuwe technologie die zou kunnen voorkomen dat laptops en andere elektronische apparaten oververhit raken.

Balandin, hoogleraar elektrotechniek aan het Bourns College of Engineering, toonde in 2008 experimenteel aan dat grafeen, een recent ontdekt koolstofkristal van één atoom dik, is een sterke warmtegeleider. Het probleem voor praktische toepassingen was dat het moeilijk is om grote, hoogwaardige enkele atomaire lagen van het materiaal.

Nutsvoorzieningen, in een paper gepubliceerd in Natuurmaterialen , Balandin en collega's ontdekten dat meerdere lagen grafeen, die makkelijker te maken zijn, behouden de sterke warmtegeleidende eigenschappen.

Dat is ook een belangrijke ontdekking in de fundamentele fysica. Balandins groep, naast metingen, theoretisch uitgelegd hoe het vermogen van materialen om warmte te geleiden evolueert wanneer men van conventionele driedimensionale bulkmaterialen naar tweedimensionale atomair dunne films gaat, zoals grafeen.

De resultaten gepubliceerd in Natuurmaterialen kan belangrijke praktische toepassingen hebben bij het verwijderen van gedissipeerd horen van elektronische apparaten.

Warmte is een onvermijdelijk bijproduct bij het gebruik van elektronische apparaten. Elektronische schakelingen bevatten veel warmtebronnen, inclusief miljoenen transistors en onderling verbonden bedrading. Vroeger, steeds grotere ventilatoren zijn gebruikt om computerchips koel te houden, die de prestaties verbeterden en hun levensduur verlengden. Echter, omdat computers sneller zijn geworden en gadgets kleiner en draagbaarder zijn geworden, werkt de oplossing voor grote fans niet meer.

Nieuwe benaderingen voor het beheer van warmte in elektronica omvatten het opnemen van materialen met superieure thermische eigenschappen, zoals grafeen, in silicium computerchips. In aanvulling, voorgestelde driedimensionale elektronica, die gebruik maken van verticale integratie van computerchips, nog meer afhankelijk zou zijn van warmteafvoer, zei Balandin.

Silicium, het meest voorkomende elektronische materiaal, heeft goede elektronische eigenschappen maar niet zo goede thermische eigenschappen, vooral wanneer gestructureerd op nanometerschaal, zei Balandin. Zoals uit het onderzoek van Balandin blijkt, grafeen heeft naast unieke elektronische eigenschappen uitstekende thermische eigenschappen.

"Grafeen is momenteel een van de heetste materialen, " zei Balandin, die tevens voorzitter is van de opleiding Material Sciences and Engineering. "Iedereen heeft het erover."

Grafeen is geen vervanging voor silicium, maar, in plaats daarvan zou kunnen worden gebruikt in combinatie met silicium, zei Balandin. Op dit punt, er is geen betrouwbare manier om grote hoeveelheden grafeen te synthetiseren. Echter, er wordt vooruitgang geboekt en het zou binnen een jaar of twee mogelijk kunnen zijn, zei Balandin.

aanvankelijk, grafeen zou waarschijnlijk worden gebruikt in sommige nichetoepassingen, zoals thermische interfacematerialen voor chipverpakkingen of transparante elektroden in fotovoltaïsche zonnecellen, zei Balandin. Maar, In vijf jaar, hij zei, het kan worden gebruikt met silicium in computerchips, bijvoorbeeld als verbindingsbedrading of warmteverspreiders. Het kan ook toepassingen vinden in ultrasnelle transistoren voor radiofrequentiecommunicatie. In het lab van Balandin zijn al geluidsarme grafeentransistors gedemonstreerd.

Balandin publiceerde de Natuurmaterialen paper met twee van zijn afgestudeerde studenten Suchismita Ghosh, die nu bij Intel Corporation werkt, en Samia Subrina, Lau. een van haar afstudeerders, Wenzhong Bao, en Denis L. Nika en Evghenii P. Pokatilov, het bezoeken van onderzoekers in het lab van Balandin die zijn gevestigd aan de Staatsuniversiteit van Moldavië.