استفاده از امواج صوتی برای خنک کردن افزاره‌های نانوالکترونیک

گروهی از محققان در دانشگاه رایس کشف کرده‌اند که می‌توان از امواج صوتی که در طول روبان‌های گرافنی حرکت می کنند، برای حذف گرما از افزاره‌های الکترونیکی خیلی ریز استفاده کرد. یک مدل نظری توسعه داده شده بوسیله فیزیکدانان دانشگاه رایس، نشان می‌دهد که گرافن می‌تواند انرژی گرمایی را با امواج انتقال دهد.

گروهی از محققان در دانشگاه رایس کشف کرده‌اند که می‌توان از امواج صوتی که در طول
روبان‌های گرافنی حرکت می کنند، برای حذف گرما از افزاره‌های الکترونیکی خیلی ریز
استفاده کرد. یک مدل نظری توسعه داده شده بوسیله فیزیکدانان دانشگاه رایس، نشان می‌دهد
که گرافن می‌تواند انرژی گرمایی را با امواج انتقال دهد. با توجه به خواص کشسانی
گرافنی، به نظر می‌رسد که امواج طویل صوتی در این زمینه بهترین جواب را بدهند. به
دلیل اینکه خواص پخشی گرافن کم است، چنین امواجی می‌توانند سریع حرکت کنند و حرکت‌شان
بوسیله همدیگر یا بوسیله نقایص موجود در این ماده، مسدود نمی‌شود.

 

خواص کشسانی نانوروبان‌های گرافنی ممکن است آنها را به لوله‌های انتقال گرما برای
خنک کردن افزاره‌های میکروالکترونیک، تبدیل کند.

 

بوریس یاکوبسان، یکی از این محققان گفت: گرافن در مقیاس نانو، بدلیل خواص
عالی‌اش نویدبخش است. سرعت صوت سرعتی است که با آن انرژی می‌تواند منتقل
شود، زیرا گرما به‌طور اساسی در سرتاسر نوسان‌ها منتقل می‌شود.

اریک مانوز، یکی دیگر از این محققان گفت: رفتار نزدیک به بالستیک فونون‌ها-
ذرات کوانتومی که در مبحث صوت همانند فوتون‌ها در مبحث نور می‌باشند- ماده
گرافنی را در هدایت گرما ده برابر بهتر از مس یا طلا کرده است.

نکته کلیدی ساخت چنین لوله‌های مؤثر گرمای مبتنی بر گرافن، چگونگی انتقال
گرما موقعی که به انتهای این نانوروبان می‌رسد، می‌باشد. بدون یک فصل مشترک
موثر، امواج پیشرونده‌ی فونون‌ها به آسانی برگشت خواهند خورد. یاکوبسان گفت:
شما به محیط دیگری نیاز دارید. در انتهای گرافن نیاز به تماس با یک سیال (به
شکل مایع یا گاز) است، تا این انرژی گرمایی بتواند پراکنده شود. چگالی توان
افزاره‌‌های میکروالکترونیک، در مقیاس ماکرو، به اندازه‌ای است که بتواند
گرمایی تولید کند که در عرض چند ثانیه آب داخل کتری را بجوشاند. بنابراین
اهمیت حذف این گرما از وسایل حساس و انتقال سریع آن به هوا به‌طور فزاینده‌ای
در حال افزایش است.

یاکوبسان گفت: ما با چگالی گرمای بسیار بالایی مواجه هستیم، شاید یک کیلو
وات بر سانتی‌متر مربع باشد. چنین گرمایی برای کباب کردن بسیار مفید می‌باشد.
اما در این حالت، این گرما در واقع این افزاره‌ی میکروالکترونیک را کباب
خواهد کرد! پیدا کردن راهی برای حذف این گرما از افزاره‌های بسیار کوچک
ضروری است.

مانوز اضافه کرد: کاربرد جذاب دیگر این نانوروبان‌ها در ساخت موجبر‌های
فونون است. نانوروبان‌های گرافنی در یک معماری متفاوت کامپیوتری، می‌توانند
قطعه‌ای در یک مدار نانومقیاس باشند که در آن فونون‌ها بجای الکترون‌ها به‌عنوان
حامل‌های انتقال داده عمل می‌کنند.

این محققان نتایج خود را در مجله‌ی Nano Letters منتشر کرده‌اند.