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.

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”.

Los nanocables calentados por laser

Los nanocables calentados por láser producen una fusión nuclear a microescala

La fusión nuclear, el proceso que alimenta nuestro sol, ocurre cuando las reacciones nucleares entre los elementos ligeros producen reacciones más pesadas. También está sucediendo, a menor escala, en un laboratorio de la Universidad Estatal de Colorado. Utilizando un láser compacto pero potente para calentar matrices de nanohilos ordenados, los científicos y colaboradores de CSU […]

La fusión nuclear, el proceso que alimenta nuestro sol, ocurre cuando las reacciones nucleares entre los elementos ligeros producen reacciones más pesadas. También está sucediendo, a menor escala, en un laboratorio de la Universidad Estatal de Colorado.

Utilizando un láser compacto pero potente para calentar matrices de nanohilos ordenados, los científicos y colaboradores de CSU han demostrado la fusión nuclear a microescala en el laboratorio. Han logrado una eficiencia récord para la generación de neutrones: partículas subatómicas sin carga resultantes del proceso de fusión. Su trabajo se detalla en un artículo publicado en Nature Communications, y está dirigido por Jorge Rocca, Profesor Distinguido de la Universidad en ingeniería eléctrica y computación y física. El primer autor del artículo es Alden Curtis, un estudiante graduado de CSU.

Los experimentos de fusión controlados por láser se realizan típicamente en láseres de cientos de millones de dólares alojados en edificios del tamaño de un estadio. Tales experimentos generalmente están orientados a aprovechar la fusión para aplicaciones de energía limpia.

Por el contrario, el equipo de estudiantes, investigadores científicos y colaboradores de Rocca, trabajan con un láser de sobremesa de alta potencia y ultra rápido que construyeron desde cero. Usan su láser rápido y pulsado para irradiar un objetivo de cables invisibles y crean instantáneamente plasmas extremadamente calientes y densos, con condiciones que se aproximan a las del interior del sol. Estos plasmas provocan reacciones de fusión, emiten helio y destellos de neutrones energéticos.

En su experimento de Nature Communications, el equipo produjo una cantidad récord de neutrones por unidad de energía láser, unas 500 veces mejor que los experimentos que utilizan objetivos planos convencionales del mismo material. El objetivo de su láser era una serie de nanocables hechos de un material llamado polietileno deuterado. El material es similar al plástico de polietileno ampliamente utilizado, pero sus átomos de hidrógeno comunes son sustituidos por deuterio, un tipo más pesado de átomo de hidrógeno.

Hacer neutrones de fusión de manera eficiente, a pequeña escala, podría conducir a avances en la formación de imágenes basadas en neutrones y sondas de neutrones para obtener información sobre la estructura y las propiedades de los materiales. Los resultados también contribuyen a comprender las interacciones de la luz láser ultraintensa con la materia.

El imán resistivo más fuerte del mundo

El imán resistivo más fuerte del mundo

El nuevo instrumento alcanzó 41,4 teslas (una unidad de intensidad de campo magnético) a las 1:10 p.m el día 21 de agosto de 2017, la culminación de dos años y medio intenso de diseño y desarrollo. Lo consiguieron ingenieros de la MagLab de la Universidad Estatal de Florida. Es un nuevo récord mundial que borró […]

El nuevo instrumento alcanzó 41,4 teslas (una unidad de intensidad de campo magnético) a las 1:10 p.m el día 21 de agosto de 2017, la culminación de dos años y medio intenso de diseño y desarrollo. Lo consiguieron ingenieros de la MagLab de la Universidad Estatal de Florida.

Es un nuevo récord mundial que borró el anterior por casi un 8%,un salto considerable en el ámbito del imán. Se considera el imán resistivo más fuerte del mundo.

El esfuerzo ha sido conocido como el Proyecto 11. Este nuevo imán, impulsado por 32 megavatios de corriente continua (CC), superó a los récords anteriores: un imán resistivo de 38,5 tesla en Hefei, China, y un imán resistivo de 37,5 teslas en Nijmegen, Países Bajos.

Más importante aún, el nuevo instrumento responde a la llamada de los físicos de tener imanes resistivos más fuertes – también llamados imanes DC – con el fin de observar nuevos fenómenos en los materiales que están estudiando.

“Los imanes resistivos son el pan y la mantequilla de nuestra instalación de campo DC, y la demanda de los científicos a veces excede la oferta”, dijo Greg Boebinger, Director de MagLab. Este nuevo imán permitirá a los científicos hacer descubrimientos que conduzcan a mejores materiales y tecnologías.

El calor y la luz se hacen más grandes

El calor y la luz se hacen más grandes a escala nanométrica

Investigadores de Columbia Ingeniería, Cornell y Stanford  han demostrado que la trasnsferencia de calor puede hacerse 100 veces más fuerte de lo que se ha predicho simplemente poniendo dos objetos muy cerca – a distancias nanométricas – sin tocarse. Este estudio ha sido publicado recientemente en la revista Nature Nanotechnology. El equipo utilizó controladores de […]

Investigadores de Columbia Ingeniería, Cornell y Stanford  han demostrado que la trasnsferencia de calor puede hacerse 100 veces más fuerte de lo que se ha predicho simplemente poniendo dos objetos muy cerca – a distancias nanométricas – sin tocarse. Este estudio ha sido publicado recientemente en la revista Nature Nanotechnology.

El equipo utilizó controladores de desplazamiento micro-mecánico de precisión ultra alta a medida para lograr la transferencia de calor con la luz en la mayor magnitud reportada hasta la fecha entre dos objetos paralelos.

Todos los objetos de nuestro entorno intercambian calor con el entorno utilizando la luz. Esto incluye la luz que nos llega del sol, el color rojo brillante del elemento de calentamiento dentro de las tostadoras o las cámaras de “visión nocturna”. Pero el intercambio de calor usando luz es generalmente muy débil en comparación con lo que puede lograrse por conducción (es decir, simplemente poniendo dos objetos en contacto uno con el otro) o por convección (es decir, el uso de aire caliente). La transferencia de calor por radiación a distancias a nanoescala, ha sido especialmente difícil de conseguir debido a la dificultad de mantener grandes gradientes térmicos a través de distancias de escala nanométrica, evitando otros mecanismos de transferencia de calor como la conducción.

Una implicación importante de este trabajo es que la radiación térmica se puede utilizar ahora como un mecanismo de transferencia de calor dominante entre los objetos a diferentes temperaturas. Esto significa que se puede controlar el flujo de calor con una gran cantidad de las mismas técnicas que existen para manipular la luz.