La película ensamblada de grafeno muestra una conductividad térmica más alta que la película de grafito

La película ensamblada de grafeno muestra una conductividad térmica más alta que la película de grafito

Investigadores de la Universidad de Tecnología de Chalmers, Suecia, han desarrollado una película ensamblada con grafeno que tiene una conductividad térmica un 60% más alta que la película de grafito, a pesar de que el grafito simplemente consiste en muchas capas de grafeno. La película de grafeno muestra un gran potencial como novedoso material de […]

Investigadores de la Universidad de Tecnología de Chalmers, Suecia, han desarrollado una película ensamblada con grafeno que tiene una conductividad térmica un 60% más alta que la película de grafito, a pesar de que el grafito simplemente consiste en muchas capas de grafeno. La película de grafeno muestra un gran potencial como novedoso material de expansión de calor para electrónica impulsada por factores de forma y otros sistemas de alta potencia.

Hasta ahora, los científicos de la comunidad de investigación de grafeno han supuesto que la película ensamblada con grafeno no puede tener una conductividad térmica más alta que la película de grafito. El grafeno de capa única tiene una conductividad térmica entre 3500 y 5000 W / mK. Si junta dos capas de grafeno, teóricamente se convierte en grafito, ya que el grafeno es solo una capa de grafito.

Hoy en día, las películas de grafito, que son prácticamente útiles para la disipación de calor y la propagación en teléfonos móviles y otros dispositivos de potencia, tienen una conductividad térmica de hasta 1950 W / mK. Por lo tanto, la película ensamblada con grafeno no debe tener una conductividad térmica más alta que esta.

Los científicos investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers han cambiado recientemente esta situación. Descubrieron que la conductividad térmica de la película ensamblada con grafeno puede alcanzar hasta 3200 W / mK, que es más del 60 por ciento más alta que las mejores películas de grafito.

El profesor Johan Liu y su equipo de investigación lo han hecho mediante un cuidadoso control del tamaño del grano y de las órdenes de apilamiento de las capas de grafeno. La alta conductividad térmica es el resultado de un gran tamaño de grano, alta planitud y débil energía de unión de capa intermedia de las capas de grafeno. Con estas características importantes, los fonones, cuyo movimiento y vibración determinan el rendimiento térmico, pueden moverse más rápido en las capas de grafeno en lugar de interactuar entre las capas, lo que conduce a una mayor conductividad térmica.

“De hecho, este es un gran avance científico, y puede tener un gran impacto en la transformación de la industria existente de fabricación de películas de grafito”, dice Johan Liu.

Además, los investigadores descubrieron que la película de grafeno tiene una resistencia mecánica a la tracción casi tres veces mayor que la película de grafito, llegando a 70 MPa.

“Con las ventajas de una conductividad térmica ultra alta y estructuras delgadas, flexibles y robustas, la película de grafeno desarrollada muestra un gran potencial como novedoso material de expansión de calor para la gestión térmica de sistemas electrónicos de impulsos y otros sistemas de alta potencia, “dice Johan Liu.

Como consecuencia de la miniaturización e integración interminables, el rendimiento y la fiabilidad de los dispositivos electrónicos modernos y muchos otros sistemas de alta potencia están muy amenazados por problemas graves de disipación térmica.

La plantilla para crear superátomos podría mejorar las baterías

La plantilla para crear superátomos podría mejorar las baterías

Investigadores de Virginia Commonwealth University han descubierto una nueva estrategia para crear superátomos: combinaciones de átomos que pueden imitar las propiedades de más de un grupo de elementos de la tabla periódica. Estos superátomos podrían usarse para crear nuevos materiales, incluyendo baterías más eficientes y mejores semiconductores; un componente central de microchips, transistores y la […]

Investigadores de Virginia Commonwealth University han descubierto una nueva estrategia para crear superátomos: combinaciones de átomos que pueden imitar las propiedades de más de un grupo de elementos de la tabla periódica. Estos superátomos podrían usarse para crear nuevos materiales, incluyendo baterías más eficientes y mejores semiconductores; un componente central de microchips, transistores y la mayoría de los dispositivos computarizados.

Las baterías y los semiconductores dependen del movimiento de cargas de un grupo de átomos a otro. Durante este proceso, los electrones se transfieren desde átomos donantes a átomos aceptor. Formar superátomos que puedan suministrar o aceptar electrones múltiples mientras se mantiene la estabilidad estructural es un requisito clave para crear mejores baterías o semiconductores, dijo Shiv Khanna, Ph.D., profesor de Commonwealth y presidente del Departamento de Física de la Facultad de Humanidades y Ciencias. La capacidad de los superatomos para mover de manera efectiva las cargas mientras permanecen intactos se atribuye a cómo imitan las propiedades de múltiples grupos de elementos.

“Hemos ideado un nuevo enfoque en el que uno puede sintetizar tales superátomos basados ​​en metales”, dijo Khanna.

En un artículo publicado en Nature Communications la semana pasada, Khanna teóricamente demostró ser un método para construir superatomos que podría resultar en la creación de materiales energéticos más efectivos. El trabajo fue financiado por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea.

“Los semiconductores se utilizan en todas las esferas de la vida”, dijo Khanna. “Superátomos que podrían mejorar sustancialmente la donación de electrones sería un beneficio social significativo”.

Actualmente, los átomos alcalinos, que forman la primera columna de la tabla periódica, son óptimos para donar electrones. Estos átomos naturales requieren una baja cantidad de energía para donar un electrón. Sin embargo, donar más de un electrón requiere una cantidad prohibitivamente alta de energía.

xilindeina

Xilindeína, máxima innovación en materiales semiconductores

Investigadores de la Universidad Estatal de Oregón están buscando un pigmento orgánico altamente duradero utilizado por los seres humanos en obras de arte durante cientos de años, como una posibilidad prometedora como material semiconductor. Los hallazgos sugieren que podría convertirse en una alternativa sostenible, de bajo coste y fácil de fabricar al silicio en aplicaciones […]

Investigadores de la Universidad Estatal de Oregón están buscando un pigmento orgánico altamente duradero utilizado por los seres humanos en obras de arte durante cientos de años, como una posibilidad prometedora como material semiconductor.

Los hallazgos sugieren que podría convertirse en una alternativa sostenible, de bajo coste y fácil de fabricar al silicio en aplicaciones electrónicas u optoelectrónicas donde no se requieren las capacidades de alto rendimiento del silicio.

La optoelectrónica es una tecnología que funciona con el uso combinado de luz y electrónica, como las células solares, y el pigmento que se estudia es la xilindeína.

“La Xilindeína es bonita, ¿pero también puede ser útil? ¿cuánto podemos exprimir de ella?” se pregunta el físico de la Universidad Estatal de Oregón Oksana Ostroverkhova. “Funciona como un material electrónico que todavía no es excelente, pero hay optimismo de que podemos hacerlo mejor”.

La xilindeína es secretada por dos hongos que se alimentan de la madera en el género Chlorociboria. Cualquier madera infectada por los hongos está teñida de un color azul verdoso y los artesanos han valorado la madera afectada por la xilindeína durante siglos.

El pigmento es tan estable que los productos decorativos fabricados hace medio milenio todavía exhiben su tono distintivo. Se sostiene contra la exposición prolongada al calor, la luz ultravioleta y el estrés eléctrico.

“Si podemos aprender el secreto de por qué esos pigmentos producidos por hongos son tan estables, podríamos resolver un problema que existe con la electrónica orgánica”, dijo Ostroverkhova. “Además, muchos materiales electrónicos orgánicos son demasiado caros de producir, por lo que estamos buscando hacer algo a bajo costo de una manera ecológicamente amigable que sea buena para la economía”.

Con las técnicas de fabricación actuales, la xilindeína tiende a formar películas no uniformes con una estructura porosa, irregular y “rocosa”.

Mejor material para electrónica de alta velocidad

Mejor material para electrónica de alta velocidad

Los investigadores de Purdue han descubierto un nuevo material bidimensional, derivado del elemento raro telurio, para hacer transistores que llevan una corriente mejor a través de un chip de computadora. El descubrimiento se suma a una lista de materiales extremadamente delgados y bidimensionales que los ingenieros han intentado utilizar para mejorar la velocidad de operación […]

Los investigadores de Purdue han descubierto un nuevo material bidimensional, derivado del elemento raro telurio, para hacer transistores que llevan una corriente mejor a través de un chip de computadora.

El descubrimiento se suma a una lista de materiales extremadamente delgados y bidimensionales que los ingenieros han intentado utilizar para mejorar la velocidad de operación de los transistores de un chip, lo que permite que la información se procese más rápidamente en dispositivos electrónicos, como teléfonos y computadoras, y defensa tecnologías como sensores de infrarrojos.

Otros materiales bidimensionales, como el grafeno, el fósforo negro y el silicio, carecen de estabilidad a temperatura ambiente o de los enfoques de producción factibles necesarios para nanofabricación de transistores efectivos para dispositivos de mayor velocidad.

“Todos los transistores necesitan enviar una gran corriente, lo que se traduce en electrónica de alta velocidad”, dijo Peide Ye, profesor de Purdue Richard J. y Mary Jo Schwartz de Ingeniería Eléctrica e Informática. “Los cables unidimensionales que actualmente componen los transistores tienen secciones transversales muy pequeñas. Pero un material bidimensional, que actúa como una hoja, puede enviar una corriente sobre un área de superficie más amplia”.

Tellurene, un investigador de película bidimensional que se encuentra en el elemento telurio, logra una estructura de transistores estable y en forma de lámina con “portadores” de movimiento más rápido, es decir, los electrones y los agujeros que dejan en su lugar. A pesar de la rareza del telurio, los pros de tellurene harían que los transistores hechos a partir de materiales bidimensionales sean más fáciles de producir a mayor escala. Los investigadores detallan sus hallazgos en Nature Electronics.

“A pesar de que el telurio no es abundante en la corteza terrestre, solo necesitamos un poco para sintetizarlo a través de un método de solución. Y dentro del mismo lote, tenemos un rendimiento de producción muy alto de materiales de tellurene bidimensionales”, dijo Wenzhuo Wu, profesor asistente en la Escuela de Ingeniería Industrial de Purdue. “Simplemente amplía el contenedor que contiene la solución, por lo que la productividad es alta”.

Dado que los componentes electrónicos normalmente se usan a temperatura ambiente, los transistores de estaño naturalmente estables son más prácticos y rentables que otros materiales bidimensionales que han requerido una cámara de vacío o una temperatura de operación baja para lograr una estabilidad y un rendimiento similares.

Los copos de cristal más grandes de tellurene también significan menos barreras entre las escamas y el movimiento de los electrones, un problema con las escamas más numerosas y más pequeñas de otros materiales bidimensionales.

“La alta movilidad del portador a temperatura ambiente significa aplicaciones más prácticas”, dijo Ye. Los electrones y los orificios que se mueven más rápido conducen a corrientes más altas en un chip.