2015年3月,EPFL(Ecole Polytichnique Eederale De Lausausanne)的研究人員發表了熱在石墨和二種二維材料中熱耗散的基本機制;熱能像波一樣地傳播很遠。這是未來電子工程的關鍵知識。
在電子元件不斷要求減小的情況下,研究人員遇到的主要問題是如何使器件小些或快些和冷卻。改善冷卻辦法之一是使用高熱導的材料,如石墨,使散熱快而把線路冷卻下來。
將來套用這些材料,現在面臨的問題是,熱在這些只有幾個原子厚度的薄片中是如何傳播的?
EPFL的研究人員已在自然通訊(Nature Communications)上發表了他的結果;熱以波的形式,似聲音在空氣中一樣地傳播。這是至今幾個未清楚的問題之一。他們的結果提供了研究者研究石墨,如何在納米區域內使線路冷卻或將來電子學代替矽的問題很用價值的工具。
了解熱在二維材料的傳播較困難,因為熱在片狀物質的傳播途徑和在三維中的不同。
一般熱通過原子的振動而傳播。這些振動稱為“聲子”。熱通過三維材料時,這些聲子相互碰撞或分裂。所有這些過程都能限制熱的傳播途徑。只有在極端條件,當溫度接近絕對零度時,才能觀察到經典-無損失的熱傳播。
在二維材料中,情況十分不同,如EPFL的研究人員所得的結果哪樣,熱在二維中傳播,甚至在室溫下傳播也無重大損失,這是由於稱為“第二聲”的似-波擴散。EPFL研究人員還用“第一原理”理論證明,熱不僅在石墨二維材料中以波形式傳播,就是在其它的二維材料中傳播也是相同。這樣的結果是極為有價值的工程師信息,他們可利用二維材料的熱導性質,為將來電子學元件設計使用。
參考文獻:
"Graphene meets heat waves" actu.epfl.ch/news/graphene-meets-heat-waves/