افزایش هدایت گرمایی با استفاده از گرافن

پژوهشگران دریافته‌اند که افزودن نسبت خاصی از گرافن‌های تک لایه، دو لایه و چند لایه موجب افزایش هدایت گرمایی در پلیمرها می‌شود. این یافته می‌توان انقلابی را در صنعت الکترونیک و هم چنین حوزه تولید انرژی مانند پیل‌های خورشیدی ایجاد کند.

پژوهشگران دریافته‌اند که افزودن نسبت خاصی از گرافن‌های تک لایه، دو لایه
و چند لایه موجب افزایش هدایت گرمایی در پلیمرها می‌شود. این یافته می‌توان
انقلابی را در صنعت الکترونیک و هم چنین حوزه تولید انرژی مانند پیل‌های
خورشیدی ایجاد کند.

با توجه با افزایش سریع دانسیته توان در ادوات الکترونیکی به‌خصوص
کامپیوترها، موضوع گرم شدن این ادوات به یک مسئله جدی تبدیل شده است. به‌عبارتی،
انتقال گرما در ادوات نانومقیاس به یکی از اساسی‌ترین مشکلات در صنعت
الکترونیک تبدیل شده است. زدودن بهتر گرما، نه تنها در ادوات الکترونیکی
اهمیت دارد بلکه در تولید انرژی نیز حائز اهمیت است برای مثال این کار مانع
از گرم شدن بیش از حد پیل‌های خورشیدی می‌شود.

 
مواد سطح تماس گرمایی (TIMs) از اجزاء سیستم‌های مدیریت گرمایی هستند. مواد سطح
تماس گرمایی میان دو منبع گرمایی نظیر تراشه کامپیوتر و خارج کننده‌های گرمایی قرار
داده می‌شوند. مواد سطح تماس گرمایی معمولی، با ذرات رسانای گرمایی ساخته می‌شوند
که نیازمند درصد حجمی بالایی از ذرات پر کننده هستند. با این پر کننده‌ها، هدایت
گرمایی مواد سطح تماس گرمایی به حدود ۱ تا ۵ W/mK در دمای اتاق می‌رسد.

الکساندر بالاندین، استاد رشته مهندسی الکترونیک در مدرسه رویرساید بارنز می‌گوید
با افزایش هدایت گرمایی مواد سطح تماس گرمایی از ۵ به ۲۵ W/mK ، نه تنها انقلابی در
صنعت الکترونیک رخ می‌دهد بلکه ادوات تولید کننده انرژی نظیر پیل‌های خورشیدی نیز
دچار تحول می‌شوند. برخی گروه‌های تحقیقاتی تلاش می‌کنند تا از پرکننده‌های مختلف
برای این کار استفاده کنند اما برای رسیدن به یک رسانای خوب باید ملزومات دیگر نظیر
ویسکوزیته مناسب و هزینه پایین را نیز در کار لحاظ کرد.

این گروه تحقیقاتی نتایج کار خود را در قالب مقاله‌ای تحت عنوان
Graphene-Multilayer Graphene Nanocomposites as Highly Efficient Thermal
Interface Materials در نشریه Nano Letters به چاپ رساندند.

آنها برای رسیدن به نتیجه مطلوب ترکیبی از گرافن‌های چندلایه و تک لایه را برای این
کار استفاده کردند. با افزایش ۱۰ درصد حجمی گرافن، هدایت گرمایی ماتریکس پلیمری با
فاکتوری در حدود ۲۳ افزایش می‌یابد. کامپوزیت پلیمر-گرافن تمام ملزومات مورد نظر
برای استفاده صنعتی را دارا است.

بالاندین می‌گوید برای تولید گرافن از روش‌ ارزان قیمت لایه‌برداری فاز آبی استفاده
شد. این روش بهره بسیار بالایی داشته و می‌توان آن را برای سیستم‌های صنعتی استفاده
کرد. نتایج این کار ممکن است برای فیزیک‌دانان نیز جالب باشد: در این پروژه مشخص شد
که نسبت خاصی از گرافن‌های تک لایه، دولایه و چند لایه می‌تواند موجب افزایش هدایت
گرمایی شود.