Tehokkaita lämpöjohteita nanoelektroniikalle

Bristolin yliopiston tutkijat ovat onnistuneesti osoittaneet uuden materiaalin korkean lämmönjohtavuuden, mikä mahdollistaa tien vähemmän lämpeneville ja tehokkaammille elektronisille laitteille.

Työryhmä, jota johti professori Martin Kuball, havaitsi, että käyttämällä erittäin puhdasta versiota boori-nitridistä oli mahdollista osoittaa sen lämmönjohtavuuspotentiaali ensimmäistä kertaa, mikä 550 W/mK arvoilla on kaksinkertainen kuparin arvoon nähden.

Aiemmat mittaukset ovat tuottaneet boori-nitridille paljon pienempiä lämmönjohtavuuksia mutta materiaalin isotooppikonsentraatiota muokkaamalla tutkijat onnistuivat osoittamaan sen erittäin korkean lämmönjohtavuuspotentiaalin.

Tehostettua lämmönjohtavuutta on osoitettu monissakin lähes monoisotooppisiksi muokatuissa materiaaleissa, kuten pii, germanium, gallium arsenidi, timantti ja grafeeni.

Professori Kuball toteaa, että seuraava askel on aloittaa aktiivisten elektronisten laitteiden valmistaminen boorinitridistä sekä integroida se muihin puolijohdemateriaaleihin.

Tulokset havainnollistavat mahdollisuutta saavuttaa korkea lämmönjohtavuus h-BN:ssä ja säätää sen lämmönjohtavuutta, avaamalla keinoja h-BN:n laajalle soveltamiselle seuraavan sukupolven ohutkalvomateriaalina lämpöhallintaan, metamateriaaleihin ja metalaitteisiin.

MIT:n insinöörit ovat puolestaan valmistaneet ohuita polymeerikalvoja, jotka johtavat lämpöä. Kokeissa havaittiin, että muovikelmua ohuemmat kalvot johtavat lämpöä paremmin kuin keramiikka ja monet metallit.

Sekoittamalla polymeerijauhe liuokseen, jolloin muodostuu kalvo, jonka he sitten venyttivät, MIT-tutkijat ovat muuttaneet polyeteenin mikrorakennetta, spagettimaisista molekyyliketjuista suorempiin säikeisiin, jolloin lämpö voi johtua polymeerin läpi.

Julkaistut tulokset voivat kannustaa polymeerien kehittämistä kevyinä, joustavina ja korroosionkestävinä vaihtoehtoina perinteisille metallilämmönjohteille.

Useimmat polymeerit johtavat lämpöä noin 0,1 - 0,5 W/mK mutta uuden polyeteenikalvon arvoksi mitattiin noin 60 W/mK.

Toistaiseksi uudenlainen polyeteenikalvo johtaa lämpöä vain kalvon muodostavien kuitujen pituussuuntaan mutta tutkijoilla on tavoitteena kehittää tekniikka toimimaan kaikissa kolmessa ulottuvuudessa.

Aiheista aiemmin:

Säädettävää ja äänennopeaa lämmönjohdetta

Muovi ja virukset lämmönjohteiksi