Είναι ο Graphene ο καλύτερος αγωγός θερμότητας; Οι ερευνητές διερευνούν τη διασπορά τεσσάρων φωνών

Το Graphene, ένα φύλλο πάχους ενός ατόμου ατόμων άνθρακα, έχει εξαιρετική θερμική αγωγιμότητα, καθιστώντας το ένα πολλά υποσχόμενο υλικό για διάφορες εφαρμογές. Ωστόσο, οι μηχανισμοί αγωγιμότητας θερμότητας δεν είναι ακόμη πλήρως κατανοητοί. Πρόσφατες μελέτες υποδεικνύουν ότι η διασπορά τεσσάρων φωνών διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στον περιορισμό της θερμικής αγωγιμότητας του Graphene σε υψηλές θερμοκρασίες.

Για να διερευνήσει περαιτέρω αυτό, οι ερευνητές διεξήγαγαν μια λεπτομερή θεωρητική μελέτη για τη διασπορά τεσσάρων φωνών στο γραφένιο. Αναπτύχθηκαν ένα θεωρητικό πλαίσιο που βασίζεται στην εξίσωση μεταφοράς Boltzmann και ενσωμάτωσε διάφορους μηχανισμούς σκέδασης, συμπεριλαμβανομένης της διασποράς τεσσάρων φωνών, της διασποράς UMKLAPP και της σκέδασης των ορίων.

Τα αποτελέσματά τους αποκάλυψαν ότι η διασπορά τεσσάρων φωνών γίνεται ο κυρίαρχος μηχανισμός μεταφοράς θερμότητας σε γραφένιο σε θερμοκρασίες πάνω από 100 kelvin. Αυτή η διαδικασία σκέδασης περιλαμβάνει την αλληλεπίδραση τεσσάρων φωνημάτων, όπου δύο φωνόνια συγχωνεύονται για να σχηματίσουν ένα φωνόνι υψηλότερης ενέργειας, ενώ τα άλλα δύο φωνόνια μεταφέρουν την υπερβολική ενέργεια.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ο ρυθμός σκέδασης των τεσσάρων φωνών αυξάνεται ταχέως με τη θερμοκρασία, οδηγώντας σε σημαντική μείωση της θερμικής αγωγιμότητας του graphene. Αυτό εξηγεί γιατί η θερμική αγωγιμότητα του Graphene μειώνεται σε υψηλότερες θερμοκρασίες, σε αντίθεση με τη συμπεριφορά των περισσότερων άλλων υλικών.

Η μελέτη υπογράμμισε επίσης τη σημασία της εξέτασης του πλήρους φάσματος μηχανισμών σκέδασης για την πρόβλεψη της θερμικής αγωγιμότητας του Graphene. Με την ενσωμάτωση της διασποράς τεσσάρων φωνών μαζί με άλλες διαδικασίες σκέδασης, οι ερευνητές έλαβαν εξαιρετική συμφωνία με πειραματικές μετρήσεις.

Τα ευρήματά τους συμβάλλουν σε μια βαθύτερη κατανόηση των μηχανισμών αγωγιμότητας θερμότητας στο γραφένιο και παρέχουν πολύτιμες γνώσεις για τη βελτιστοποίηση των υλικών που βασίζονται σε γραφένιο για εφαρμογές θερμικής διαχείρισης.

Ενώ το Graphene μπορεί να μην είναι ο απόλυτος καλύτερος αγωγός θερμότητας, η εξαιρετική θερμική αγωγιμότητα του, μαζί με τις άλλες αξιοσημείωτες ιδιότητές του, το καθιστούν ένα ιδιαίτερα επιθυμητό υλικό για πολλές τεχνολογικές εφαρμογές, όπως τα ηλεκτρονικά, την αποθήκευση ενέργειας και τα συστήματα θερμικής διαχείρισης.