13.05.2010

Многослойный графен сохраняет отличные теплоотводящие свойства

Группа исследователей из Калифорнийского университета в Риверсайде (США) выполнила измерения коэффициента теплопроводности подвешенного графена, в которых материал продемонстрировал не слишком сильное снижение показателей при увеличении числа слоёв атомов углерода.

Возможность использования графена для отвода тепла от элементов кремниевой электроники обсуждается довольно давно. В опытах, проведённых в 2008 году, коэффициент теплопроводности подвешенного однослойного графена при комнатной температуре достигал 3000–5000 Вт•м^-1•К^-1. Это значение превосходит показатели алмаза, одного из лучших проводников тепла.

Но до настоящего момента никто не пытался выяснить, как изменятся характеристики материала при переходе от двумерной конфигурации к трёхмерной — при добавлении слоёв атомов углерода. Получать многослойный графен проще, а потому с практической точки зрения он более интересен, чем однослойный.

Авторы рассматриваемой работы оценили свойства графена с числом слоёв от 2 до 10. Плёнка материала подвешивалась над бороздкой, проделанной в подложке из кремния и диоксида кремния, и нагревалась излучением аргонового ионного лазера, а измерения коэффициента теплопроводности проводились по бесконтактной методике, основанной на рамановской спектроскопии.

Как выяснилось, коэффициент теплопроводности действительно заметно снижается с увеличением количества слоёв, но даже в случае четырёхслойного графена остаётся на уровне 1 300 Вт•м^-1•К^-1. Обычная медь, к примеру, даёт всего 400, а тонкая медная плёнка — лишь 250 Вт•м^-1•К^-1.

Разумеется, на практике графен будет находиться не в свободном состоянии, а в контакте с другими материалами, вследствие чего значение коэффициента теплопроводности будет ещё меньше. Авторы опубликованной месяц назад работы утверждали, что в таких условиях однослойный графен показывает коэффициент около 600 Вт•м^-1•К^-1. Впрочем, даже при совместном действии двух указанных неблагоприятных факторов графен, по расчётам руководителя нового исследования Александра Баландина, будет иметь преимущество над медью.

Полная версия отчёта опубликована в журнале Nature Materials; препринт статьи можно скачать с сайта arXiv.

Дмитрий Сафин

Источники:

1. КОМПЬЮЛЕНТА