Открытый в 2004 году уникальный материал графен, углеродная пленка толщиной в один атом, проявляет новые свойства - Гранит науки - 2008-03-12

На сей раз - исключительную теплопроводность.

Графен уже показал себя замечательным проводником электричества, а также полупроводником, перспективным при создании транзисторов нового поколения, кроме того, графен – очень прочный материал, следовательно, сверхтонкие мембраны из него будут еще и сверхпрочными. Сейчас в Калифорнийском Университете в Риверсайде (University of California-Riverside) группа ученых во главе с выпускником московского ФизТеха Александром Баландиным (Alexander Balandin), разработав новый метод измерения теплопроводности материалов, изучает возможности использования графена для охлаждения сверхбыстрых кремниевых чипов. Результаты этих исследований опубликованы в журнале Американского химического общества (American Chemical Society) Nano Letters. Физики и прежде подозревали, что монослой углерода, коим является графен, будет очень хорошо проводить тепло хотя бы потому, что хорошими проводниками тепла оказались углеродные нанотрубки, которые, по сути, есть ни что иное как свернувшийся в трубочку графен. Однако изучать теплопроводность графена обычными методами, предполагающими прикрепление нагревательных приборов и прочих устройств, невозможно, поскольку это тончайшая пленка. И ученые изобрели новый способ измерения этого параметра с помощью лазера, который и подогревает графен, и определяет его температуру.

Микроскопический кусочек графеновой пленки подвешивается внутри миллиметровой бороздки, проделанной на поверхности оксида кремния. Длина графенового слоя несколько микрометров, на каждом его конце – несколько слоев графита, материала, который хорошо поглощает тепло. Центр пленки графена облучается лазером, который его нагревает, а также изменяет частоту вибраций атомов углерода. При этом имеет место эффект Рамана, рамановское рассеяние – изменяется частота рассеянного излучения, и чем больше этот сдвиг относительно первичного светового потока, тем выше температура облучаемого участка, потому что тем больше произошло изменений в молекулярной структуре вещества, на которое направлен лазер. Таким образом, измеряя частотный сдвиг, а следовательно и температуру графена как функцию мощности лазера, калифорнийские ученые подсчитали теплопроводность графена, которая оказалась огромной – 5300 W/mK (ватт на метр на градус Кельвина) при комнатной температуре. Это значение на 50% выше теплопроводности углеродных нанотрубок и более чем в 10 раз превышает теплопроводность таких металлов как медь и алюминий. Доктор Баландин с коллегами сейчас работают над теоретическим объяснением феномена, не исключая, что высокая теплопроводность графена может быть связана с относительной свободой вибраций составляющих его атомов углерода, которые уложены одним слоем. Комментируя свое открытие на портале physicsworld, авторы высказали мнение, что оно может сыграть большую роль в процессе охлаждения транзисторов – проблема, требующая решения, особенно в связи с созданием сверхбыстрых электронных устройств.