Algunos ajustes a nanoescala pueden ser todo lo que se requiere para que las uniones de grafeno-nanotubos se destaquen en la transferencia de calor, según los científicos de la Universidad de Rice.
El laboratorio de Rice del físico teórico Boris Yakobson descubrió que colocar una "chimenea" en forma de cono entre el grafeno y el nanotubo, pero elimina una barrera que bloquea el escape del calor.
La investigación aparece en la American Chemical Society Revista de Química Física C .
El calor se transfiere a través de fonones, ondas cuasiparticulares que también transmiten sonido. La teoría de Rice ofrece una estrategia para canalizar el calor dañino lejos de la nanoelectrónica de la próxima generación.
Tanto los nanotubos de grafeno como los de carbono consisten en anillos de seis átomos, que crean una apariencia de alambre de gallina, y ambos se destacan en la rápida transferencia de electricidad y fonones.
Pero cuando un nanotubo crece de grafeno, los átomos facilitan el giro formando anillos heptagonales de siete miembros. Los científicos han determinado que los bosques de nanotubos cultivados de grafeno son excelentes para almacenar hidrógeno para aplicaciones de energía, pero en la electrónica, los heptagonesdispersar los fonones e impedir el escape de calor a través de los pilares.
Los investigadores de Rice descubrieron a través de simulaciones por computadora que eliminar átomos aquí y allá de la base de grafeno bidimensional forzaría la formación de un cono entre el grafeno y el nanotubo. Las propiedades geométricas también conocidas como topología del grafeno a cono ylas transiciones de cono a nanotubo requieren el mismo número total de heptagones, pero están más espaciados y dejan un camino despejado de hexágonos disponibles para que el calor corra por la chimenea.
"Nuestro interés en avanzar nuevas aplicaciones para el carbono de baja dimensión - fullerenos, nanotubos y grafeno - es amplio", dijo Yakobson. "Una forma es usarlos como bloques de construcción para llenar espacios tridimensionales con diferentes diseños,creando andamios anisotrópicos no uniformes con propiedades que ninguno de los materiales a granel actuales tiene. En este caso, estudiamos una combinación de nanotubos y grafeno, conectados por conos, motivados al ver tales formas obtenidas en los laboratorios experimentales de nuestros colegas ".
Los investigadores probaron la conducción de fonones a través de simulaciones de nanotubos independientes, grafeno con pilares y nano-chimeneas con un radio de cono de 20 o 40 angstroms. El grafeno con pilares era un 20 por ciento menos conductor que los nanotubos simples. El nano de 20 angstromlas chimeneas eran tan conductoras como los nanotubos simples, mientras que los conos de 40 angstrom eran un 20 por ciento mejores que los nanotubos.
"La capacidad de ajuste de tales estructuras es prácticamente ilimitada, derivada de las vastas posibilidades combinatorias de organizar los módulos elementales", dijo Alex Kutana, científico investigador de Rice y coautor del estudio. "El desafío real es encontrar la mayor parteestructuras útiles dadas una gran cantidad de posibilidades y luego hacerlas en el laboratorio de manera confiable.
"En el presente caso, los parámetros de ajuste fino podrían ser formas y radios de cono, espaciado de nanotubos, longitudes y diámetros. Curiosamente, las nano-chimeneas también actúan como diodos térmicos, con calor que fluye más rápido en una dirección que en la otra," él dijo.
El estudiante graduado de Rice, Ziang Zhang, es el autor principal del artículo. Ajit Roy, ingeniero principal de investigación de materiales en el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea en Dayton, Ohio, es coautor. Yakobson es el Profesor de Ciencia de Materiales Karl F. Hasselmanny Nanoingeniería y profesor de química.
La Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea y su Iniciativa de Investigación Universitaria Multidisciplinaria respaldaron la investigación. Los cálculos se realizaron en la supercomputadora DAVinCI, apoyada por la Fundación Nacional de Ciencias de Rice, administrada por el Centro de Informática de Investigación, adquirida en colaboración con el Instituto Ken Kennedy de Tecnología de la Información.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Original escrito por Mike Williams. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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