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

 

Нанотехнологии, как лепестки цветка
Нанотехнологии, как лепестки цветка

4 февраля объявили лауреатов V Всероссийской премии «За верность науке»
4 февраля в здании Минобрнауки РФ состоялась торжественное награждение лауреатов V Всероссийской премии «За верность науке». 11 научно-просветительских проектов были отмечены престижной наградой.

Всероссийский съезд учителей и преподавателей химии
5 февраля в Московском университете в Шуваловском корпусе МГУ состоится Всероссийский съезд учителей и преподавателей химии, посвященный Международному году Периодической таблицы химических элементов, начало - 10 часов.

II Всероссийский химический диктант пройдет 18 мая 2019 года
В 2019 году периодическому закону Дмитрия Менделеева исполнится 150 лет! В честь великого открытия этот год объявлен Международным годом Периодической таблицы химических элементов. Одним из наиболее ярких событий, приуроченных к этому году, станет II Всероссийский химический диктант, который пройдет 18 мая и который в этом году выходит на международный уровень. Мероприятие было анонсировано в рамках церемонии открытия Международного года Периодической таблицы химических элементов 29 января 2019 года в Париже, в штаб-квартире ЮНЕСКО.

Самые необычные таблицы Менделеева на выставке Международного года Периодической таблицы химических элементов

6-8 февраля в Российской академии наук состоялось торжественное открытие Международного года периодической таблицы химических элементов в России и приуроченная к этому масштабная интерактивная выставка

Почувствовать живое...
Е.А.Гудилин, А.А.Семенова, Н.А.Браже
Неразрушающее исследование живых клеток и клеточных структур является в настоящее время важным направлением научных изысканий, которые во многих зарубежных и российских научных группах направлены на достижение вполне прагматической цели – разработку новых принципов биомедицинской диагностики и эффективных подходов в нарождающейся персональной медицине.

Российская газета: Перевернуть пирамиду. Президент РАН: как повысить наши шансы на Нобеля
Юрий Медведев
Почему Россия по числу Нобелей отстает от ведущих стран мира, уступая, например, даже маленькой Швейцарии? Замалчиваются ли достижения отечественных ученых? Почему без привлечения в науку российского бизнеса мы не сможем успешно конкурировать в борьбе за престижную научную премию? Об этом корреспондент "РГ" беседует с президентом РАН Александром Сергеевым, который побывал в Стокгольме на вручении Нобелевских премий и поделился своими впечатлениями.

Инновационные системы: достижения и проблемы
Олег Фиговский, Валерий Гумаров

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!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
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.