رسانایی گرمایی بسیار بالای گرافن

محققانی از دانشگاه کالیفرنیا در ریورساید(UCR) کشف کردند که یک لایه از
اتم‌های کربن که در یک الگوی شانه‌عسلی مننظم شده‌اند و به گرافن معروف
هستند، رسانایی گرمایی بسیار بهتری نسبت به نانولوله‌های کربنی از خود
نشان می‌دهد. این نتایج دریچه تازه‌ای به‌سوی کاربردهای الکترونیکی
گرافن می‌گشاید؛ به‌ویژه در جاهایی که به مواد مدیریت انتقال حرارت
نیاز حیاتی است.

نانولوله‌های کربنی به‌عنوان موادی که در آینده قابلیت متحول‌سازی فناوری‌های
الکترونیکی را خواهند داشت، توجه بسیاری از دانشمندان و مهندسان را جلب
کرده‌اند؛ اما یک مطالعه جدید نشان می‌دهد که نانولوله‌ها تنها شکلی از
کربن نیستند که دارای چنین قابلیت جالبی هستند.
الکساندر بالاندین، استاد مهندسی برق دانشگاه کالیفرنیا گفت: «با کاهش
پیوسته اندازه افزاره‌های الکترونیکی، موادی که بتوانند به‌صورت کارآمد
گرما را هدایت کنند، از اهمیت فزاینده‌ای برخوردارند. کار ما دامنه
کاربردهای گرافن را به‌عنوان ماده مدیریت گرمایی در الکترونیک نوری،
فوتونیک و مهندسی‌زیستی گسترش می‌دهد.»
رسانایی گرمایی یک ماده با واحد W/mk (وات بر متر درجه کلوین) اندازه‌گیری
می‌شود. رسانایی گرمایی می‌گوید که ماده داده‌شده چقدر می‌تواند گرما
را هدایت کند؛ به‌عنوان مثال، رسانایی گرمایی سیلیکون ـ که مهم‌ترین
ماده الکترونیکی است ـ در دمای اتاق W/mkا۱۴۵ است. نانولوله‌های کربنی
دارای رسانایی گرمایی نوعی در محدوده W/mkا۳۵۰۰-۳۰۰۰ هستند. گرافن تک‌لایه‌ای
که به‌وسیله این محققان مورد مطالعه قرار گرفته‌است، دارای یک رسانایی
گرمایی به بزرگی W/mkا۵۳۰۰ در دمای اتاق است.
بالاندین افزود: «گرافن به‌ویژه به‌عنوان ماده مدیریت گرمایی، بسیار
پرآتیه است؛ زیرا رسانایی گرمایی بالای آن، به‌وسیله هندسه تخت و مجتمع‌سازی
خوب آن با سیلیکون، تکمیل می‌شود.» گروه بین‌رشته‌ای دانشگاه کالیفرنیا
با یک روش غیر متعارف توانست رسانایی گرمایی گرافن را اندازه‌گیری کند.
روش‌های معمول در اندازه‌گیری رسانایی گرمایی ـ که مبتنی بر تماس هستند
ـ برای گرافن مناسب نیستند؛ زیرا گرافن دارای ضخامت یک اتمی است. به
جای این، گروه مذکور از یک رهیافت غیرتماسی استفاده کرد: آنها یک ورقه
گرافنی را روی یک زیرلایه‌ای که شیاری روی آن تعبیه شده بود، قرار
دادند به گونه‌ای که قسمتی از ورقه گرافنی روی شیار معلق بود، سپس نور
لیزر را به قسمت معلق این ورقه تاباندند و با استفاده از روش طیف‌‌بینی
رامان، پاسخ ارتعاشی گرافن را اندازه‌گیری کردند.
این گروه توانست با تحلیل دقیق طیف رامان گرافن و پاسخ‌های
منحصربه‌فردش به نور لیزری و نیز وابستگی طیف مذکور به توان لیزر،
داده‌های رسانایی گرمایی را استخراج کند.
نتایج این تحقیق در مجله Nano Letters منتشر شده‌است.