هدايت گرمايي گرافن وابستگي شديدي به ساختار ايزوتوپي آن دارد. محققان آمريکايي گرافني را از کربن 12 خالص توليد کرده‌اند، نتايج کار آنها نشان مي‌دهد که هدايت گرمايي اين گرافن بسيار بيشتر از گرافن نرمال است ( که داراي يک درصد کربن 13 است). اين نتايج مي‌تواند به کامل شدن نظريه هدايت گرمايي در مواد دو بعدي کمک کرده و همچنين از گرافن خالص ( از نظر ايزوتوپي) بتوان در خنک کردن قطعات الکترونيکي استفاده کرد.

گرافن ماده‌اي است که مي‌تواند روزي جايگزين سيليکون در قطعات الکترونيکي شود. دليل اين امر خواص هدايت گرمايي غير معمول گرافن است. با کوچکتر شدن قعات الکترونيکي، موضوع گرم شدن اين قطعات اهميت بيشتري پيدا مي‌کند. موادي که هدايت گرمايي بالايي دارند مي‌توانند گرما را سريع‌تر از مواد با هدايت گرمايي پايين دفع کنند. از اين نقطه نظر سيليکون ضعف دارد.

به‌طوري طبيعي مواد کربني، نظير گرافن داراي 99 درصد کربن 12 و يک درصد کربن 13 است. تفاوت اين دو نوع کربن در اين است که کربن 13 يک نوترون بيشتر از کربن 12 دارد.

اخيرا يک تيم تحقيقاتي به رهبري رودني روف از دانشگاه تگزاس و الکساندر بالاندين از دانشگاه کاليفرنيا دريافته‌اند که حذف کربن 13 از ساختار گرافن موجب بهبود شبکه بلور در گرافن شده و در نهايت هدايت گرمايي آن را افزايش مي‌دهد. الکساندر بالاندين مي‌گويد نتايج کار ما تئوري دقيقي را درباره هدايت در گرافن و ديگر مواد بلوري ارائه مي‌دهد. دليل اين امر تغيير هدايت گرمايي گرافن با تغيير ساختار شيميايي آن است که اين موضوع ما را قادر مي‌سازد تا درک کنيم چگونه اتم‌هايي با جرم متفاوت قادرند فوتون‌ها را متفرق کنند ( لرزش‌هاي شبکه بلور مسئول انتقال گرما است). توضيح تفرق حاصل از اين ايزوتوپ‌ها بسيار راحت‌تر از توضيح تفرق حاصل از ناخالصي اتمي است که در آنها جرم ناخالصي با جرم اتم‌ها تفاوتي ندارد اما اندازه و ديگر پارامترها متفاوت است.

با استفاده از روش رامان ليزري اپتوگرمايي که در آزمايشگاه الکساندر بالاندين ابداع شده است، محققان دريافتند که هدايت گرمايي گرافن داراي کربن 12 در دماي 320 کلوين تقريبا 4000 Wm–1K–1 بيشتر از گرافني است که داراي 50 درصد کربن 12 و 50 درصد کربن 13 است. مس توده‌اي که در حال حاضر به عنوان خنک کننده در قطعات استفاده مي‌شود هدايت گرمايي در حدود 400 Wm–1K–1است.

نتايج اين تحقيق در نشريه Nature Materials به چاپ رسيده است

منبع:nano.ir