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白色石墨烯可以承受热量

发布时间:2019-11-15 05:06:47

(A 3-D structure of hexagonal boron nitride sheets and boron nitride nanotubes could be a

tunable material to control heat in electronics, according to researchers at Rice University.

图片来源: Shahsavari Group/Rice University)

根据来自莱斯大学的科学家称,氮化硼的三维结构可能是可以保持小型电子低温的物质。

莱斯大学的研究者Rouzbeh Shahsavari和Navid Sakhavand已完成了第一理论分析,关于如何三维氮化硼可作为可调谐材料来控制装置的热流。

他们的工作将出现在本月的美国化学学会杂志《Applied Materials and Interfaces》上。

在其二维形式中,六方氮化硼(h-BN),又名白石墨烯,看起来就像碳原子厚的石墨烯。一个充分研究后发现的不同是,h-BN是一种天然绝缘体,而石墨烯则呈现对电子毫无阻挡。

但像石墨一样,h-BN是一种热量的良导体,从而可以以声子的形式来量化。(从技术上讲,声子是原子集体激发中的一部分——声子是种“准粒子”)使用氮化硼控制热流似乎值得仔细研究,Shahsavari说。

“一般来说,在所有的电子产品,都是非常希望热量可以从系统中迅速高效散出,”他说:“电子产品的一个弊端,尤其是当基板上有层状材料,热量在一个方向移动速度非常快,沿着一条传导平面,而不是那么从层到层之间。多个堆叠多层石墨烯就是一个很好的例子。”

热量横跨氮化硼的平面移动,不过莱斯大学的模拟表明,由氮化硼纳米管连接的氮化硼3-D结构将能够在所有方向移动声子,无论是在面内或层间。Shahsavari说。

研究人员计算出,声子如何在四个这样的结构间流动,在各种长度和密度的纳米管的条件下。他们发现柱子和平面的结,就像黄色交通信号灯一样,不会停止而是显著减缓声子的层间流动,Shahsavari说。长度和支柱密度对热流都有导流效果:更多或更短的支柱会减慢传导,而较长柱子呈现较少的障碍,从而加速热量流动。

虽然研究人员已经取得了石墨烯/碳纳米管结,Shahsavari相信这种结对氮化硼材料非常有前途。 “鉴于氮化硼的绝缘性能,它们可以启用和补充3-D结构创建,基于石墨烯的纳米电子学。

“这种类型的三维热管理系统,可以为热开关或热整流器提供机会,其中流向一个方向的热量与相反方向不同,”Shahsavari说, “这可以通过改变材料的形状,或改变它的质量来完成——或说一侧比其他更重的——以创建一个开关。热量总是喜欢向一个方向运动,但在反方向它会流动慢一些。”

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