石墨烯遇热波

综合        2019-12-10   来源:小斌说三农
石墨烯遇热波

热量可以在石墨烯和其他2-D材料中以非常长的距离传播。

EPFL的研究人员对石墨烯和其他二维材料散热的基本机理有了新的认识。他们已经证明热可以以波的形式在很长的距离内传播。这是未来电子工程的关键信息。

在电子元件小型化的竞赛中,研究人员面临着一个重大挑战:你的设备越小或速度越快,冷却它的难度就越大。改善冷却效果的一个方法是使用导热系数很高的材料,比如石墨烯,来快速散热,从而冷却电路。然而,目前潜在的应用正面临着一个根本性的问题:热量如何在这些只有几个原子厚度的材料内部传播?

在《自然通讯》上发表的一项研究中,EPFL的一个研究小组对石墨烯和其他二维材料的导热机理进行了新的研究。他们已经证明热以波的形式传播,就像空气中的声音一样。这是迄今为止在接近绝对零度的温度下观察到的一个非常模糊的现象。他们的模拟为研究石墨烯提供了一个有价值的工具,无论是在纳米级冷却电路,还是在未来的电子产品中取代硅。

如果说到目前为止很难理解二维材料中热量的传播,那是因为与三维材料相比,这些薄片的行为方式出人意料。事实上,即使在室温下,它们也能以极有限的损耗传递热量。一般来说,热通过原子的振动在物质中传播。这些振动被称为“声子”,当热量通过三维物质传播时,这些声子不断地相互碰撞、合并或分裂。所有这些过程都会限制热量的传导。只有在极端条件下,当温度接近绝对零度(- 2000c或更低)时,才有可能观察到准无损传热。

量子热波

EPFL的研究人员指出,这种情况在二维材料中是非常不同的。他们的工作表明,由于被称为“第二声”的波状扩散现象,即使在室温下,热量也可以在二维空间中传播,而不会造成显著损失。在这种情况下,所有的声子在很长一段距离内齐步走。

基于第一线物理原理进行的模拟显示,原子薄片材料的行为,即使在室温下,也与三维材料在极低温度下的行为相同。我们可以证明,热传输是由波来描述的,不仅在石墨烯中,在其他尚未被研究的材料中也是如此。这对工程师来说是非常有价值的信息,他们可以利用这些新的二维材料特性来设计未来的电子元件。

文章转载自公众号:石墨烯雷达