Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рис. 1. а) AFM изображение монослоя графена на подложке Si/SiO2 б) Рамановский спектр графена
Рис. 2. Схематическое, оптическое и СЭМ изображение подготовленного для эксперимента листа графена
Рис. 3. Схема проведения эксперимента

Графен замечательно проводит тепло

Ключевые слова:  графен, периодика, теплопроводность

Опубликовал(а):  Уточникова Валентина Владимировна

28 февраля 2008

Графен - недавно открытая форма углерода (которой активно занимаются и в РФ), состоящая из одного графитового монослоя, - уже завоевала внимание ученых благодаря ряду потрясающих свойств. Необычный закон дисперсии электронов заставляет их вести себя подобно "безмассовым" релятивистским фермионам, делая возможным проявление различных неорбычных эффектов, таких как квантовый эффект Холла и пр. Чрезвычайно высокая подвижность носителей заряда при комнатной температуре, возможность квантовой проводимости и эпитаксиального наслаивания делают графен многообещающим материалом для "нано"электронных схем. Однако теоретические предсказания чрезвычайно высокой теплопроводности до сих пор не находили практического подтверждения.

Впервые такие исследования с помощью конфокальной микро-рамановской спектроскопии провела группа калифорнийских ученых и обнаружила, что значения теплопроводности при комнатной температуре достигают величин вплоть до 5300 Вт/мК. Такие значения помогут графену обойти по теплопроводности углеродные нанотрубки, в том числе и в области электронных применений, например, при создании CMOS-транзисторов. Также это может увеличить число применений графена как "термоуправляющего" материала в оптоэлектронике, фотонике и т.д.

Проблема поиска материалов с большой теплопроводностью для транзисторов исходит из факта значительного увеличения энергетических потерь при уменьшении размеров таких устройств. Именно поэтому нанотрубки (теплопроводность 3000 Вт/мК для многослойной и 3500 Вт/мК для однослойной) выглядят оптимистично по сравнению с лучшими объемными материалами, например, алмазом (1000-2200 Вт/мК).

Несмотря на необходимость поиска материалов с высокой теплопроводностью, до сих пор не было подобных работ, посвященных графену, что в целом объяснялось отсутствием разработанных экспериментальных подходов по анализу его теплопроводности. Возможность провести такие измерения дал бесконтактный метод конфокальной микро-рамановской спектроскопии. Это стало возможным благодаря следующим факторам:

  • рамановский спектр графена хорошо изучен;
  • так называемый рамановский G - пик графена сильно зависит от температуры.

Рамановская спектроскопия уже успешно применялась ранее для измерения теплопроводности плохо проводящих тепло материалов и их пленок, однако графен имеет свою специфику. В частности, метод плохо работает для объемных материалов с высокой теплопроводностью, поскольку сообщенное лазером тепло быстро рассеивается в трех пространственных направлениях. Однако малая толщина графена - всего один монослой - позволяет избежать такого поведения.

Графен был получен по стандартной методике отслаиванием графита (Рис. 1а). На Рис. 1б показан рамановский спектр графена - стоксов пик при 1583 см-1 и симметричный пик при 2700 см-1, что соответствует графену. Затем на подложке Si/SiO2 были протравлены канавки, поперек которых поместили графеновые листы (Рис. 2). Глубина канавок была 300 нм, а ширина менялась от 2 до 5мкм.

На Рис. 3 приведена схема эксперимента. На середину графенового листа направляли лазер, луч которого имел диаметр 0.5-1 мкм. В качестве теплоотводов использовали расположенные на периферии объемные куски графита. Был выбран лазер с длиной волны 488 нм, так как меньшие длины волн не позволяют получать хорошие рамановские спектры, а большие не производят эффективный локальный разогрев графена.

Теплопроводность может быть рассчитана по следующей формуле:

K=xG(L/2hW)(dw/dP)-1,

где xG - константа в термической зависимости положения пика G (w=w0+xG*T), L - расстояние от центра графенового слоя до термостока, h -толщина графена, W -ширина канала, dw - малое изменение позиции пика G при малом изменении dP мощности нагрева.

Предварительно был определен коэффициент xG, который составил xG=-1.6*10-2 см-1К-1. По полученной затем зависимости положения пика G от мощности, которая оказалась линейной, была вычислена и производная dw/dP=-1.29 см-1мВт-1. В результате теплопроводность образцов и составила (4.84-5.30)*103 Вт/мК.

Таким образом, графен имеет все больше шансов стать перспективным материалом в микроэлектронных приложениях.


Источник: Nano Letters



Комментарии
Красс Марта Ивановна, 28 февраля 2008 12:21 
Правильно ли я понимаю, что теплопроводность графена в данном эксперименте определялась по величине температуры (а точнее - по температурно-зависимому смещению рамановской полосы), установившейся центре светового пятна в динамическом равновесии с теплоотводом?
Мне кажется, что такой подход требует дополнительной верификации. Можно ссылку на полный текст?
Mayorov Alexander Sergeevich, 09 июля 2008 18:17 
Предлагаю заменить ссылку на неправильную статью на элементах на эту http://ru.wi...D0%B5%D0%BD

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Наношланг
Наношланг

Раман-дайджест от NT-MDT
Научный дайджест NT-MDT №2: Конфокальная рамановская микроскопия и спектроскопия

Профессора РАН выступят с лекциями для школьников по химии, физике и математике
14 ноября 2020 года продолжатся лекции проекта «Научные субботы», проводимые при поддержке корпуса профессоров РАН. Будущие и уже состоявшиеся лекции смотрите на сайте scisaturdays.ras.ru.

SCAMT Workshop Week - практикум по нанотехнологиям в области хим/био/IT. Санкт-Петебург, 1-6 февраля
SCAMT открывает подачу заявок на 6-ую научную школу SCAMT Workshop Week, которая пройдет 1-6 февраля 2021. SCAMT Workshop Week — это уникальный междисциплинарный Хим/Био/IT воркшоп: за 1 неделю у участников будет возможность сделать научный проект в одной из самых современных областей нанотехнологий и освоить новые практические навыки.

Заочная Нанотехнологическая Школа
коллективистскими авторов
Заочная нанотехнологическая школа (сокращенно ЗНТШ) проходит в рамках юбилейной, XV, Всероссийской Интернет-олимпиады по нанотехнологиям «Нанотехнологии – прорыв в будущее!» и предваряет начало конкурсов ее заочного отборочного тура. Организаторами ЗНТШ выступают Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова и Фонд инфраструктурных и образовательных программ (группа РОСНАНО). Целью ЗНТШ является подготовка участников XV Всероссийской олимпиады по нанотехнологиям для успешного выступления на состязаниях по комплексу предметов «химия, физика, математика, биология», в конкурсе проектных работ школьников и других конкурсах Олимпиады.

Нобелевская премия за графен, или 10 лет спустя
Алексей Арсенин
О том, как графен повлиял на развитие науки и промышленности и можно ли его назвать материалом будущего — заместитель директора Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ, кандидат физико-математических наук Алексей Арсенин

Летние лектории для школьников
ФНМ
Сотрудники Факультета наук о материалах и химического факультета Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова участвуют в лекториях двух летних школ, организованных Фондом Инфраструктурных и Образовательных Программ (группа РОСНАНО) - Нанограде и летней школе МФТИ.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.