Warmteafvoer in de elektronica en opto-elektronica is een ernstig knelpunt bij de verdere ontwikkeling van systemen op deze gebieden. Om dit ernstige probleem aan te pakken, onderzoekers van Chalmers University of Technology hebben een efficiënte manier ontwikkeld om elektronica te koelen door gebruik te maken van gefunctionaliseerde grafeen-nanovlokken. De resultaten worden gepubliceerd in het gerenommeerde tijdschrift Natuurcommunicatie .

"Eigenlijk, we hebben een gouden sleutel gevonden om efficiënt warmtetransport in elektronica en andere stroomapparaten te bereiken door gebruik te maken van op grafeen gebaseerde nanovlokkenfilm. Dit kan potentiële toepassingen van dit soort film op brede terreinen mogelijk maken, en we komen dichter bij productie op proefschaal op basis van deze ontdekking, " zegt Johan Liu, Hoogleraar elektronicaproductie aan de Chalmers University of Technology in Zweden.

De onderzoekers bestudeerden de verbetering van de warmteoverdracht van de film met verschillende gefunctionaliseerde op amino- en azide gebaseerde silaanmoleculen, en ontdekte dat de efficiëntie van de warmteoverdracht van de film met meer dan 76 procent kan worden verbeterd door functionaliseringsmoleculen te introduceren, vergeleken met een referentiesysteem zonder de functionele laag. Dit komt vooral omdat de contactweerstand drastisch werd verminderd door het inbrengen van de functionaliseringsmoleculen.

In de tussentijd, moleculair dynamische simulaties en ab initio berekeningen laten zien dat de functionele laag de cross-plane verstrooiing van laagfrequente fononen beperkt, wat op zijn beurt de warmtegeleiding in het vlak van de gebonden film verbetert door de lange levensduur van de buigzame fononen te herstellen. De resultaten suggereerden mogelijke thermische beheeroplossingen voor elektronische apparaten.

In het onderzoek, wetenschappers bestudeerden een aantal moleculen die waren geïmmobiliseerd aan de grensvlakken en aan de rand van op grafeen gebaseerde nanovlokken die covalente bindingen vormden. Ze onderzochten ook de thermische weerstand van de interface met behulp van een fotothermische reflectiemeettechniek om een ​​verbeterde thermische koppeling als gevolg van functionalisering aan te tonen.

"Dit is de eerste keer dat dergelijk systematisch onderzoek is gedaan. Het huidige werk is veel uitgebreider dan eerder gepubliceerde resultaten van verschillende betrokken partners, en het omvat meer functionaliseringsmoleculen en ook meer uitgebreid direct bewijs van de thermische contactweerstandsmeting, " zegt Johan Liu.