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

 

Серебряная обманка
Серебряная обманка

NAUKA 0+ Фестиваль науки в Москве
8-10 октября в Москве проходит Фестиваль науки NAUKA 0+. В этом году фестиваль соберёт учёных со всех шести континентов нашей планеты, лучших исследователей из России, лауреатов государственных премий, молодых учёных, и, конечно, лауреатов Нобелевской премии.

Названы лауреаты Нобелевской премии по химии
Нобелевскую премию по химии за 2021 год присудили Бенджамину Листу и Дэвиду Макмиллану за разработку методов асимметричного органокатализа

Названы лауреаты Нобелевской премии по физике
Нобелевскую премию по физике за 2021 год присудили трем ученым — Сюкуро Манабе, Клаусу Хассельману и Джорджио Паризи.

Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2021
Коллектив авторов
Защиты выпускных квалификационных работ (квалификация – бакалавр материаловедения) по направлению 04.03.02 - «химия, физика и механика материалов» на Факультете наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова состоятся 8, 9, 10 и 11 июня 2021 г. Начало защит в 11.00. Защиты пройдут с использованием дистанционных образовательных технологий.

Академик Е.Н. Каблов: «Для освоения космоса нужны новые материалы»
Янина Хужина
В этом году весь мир отмечает 60-летие первого полета человека в космос. Успех миссии Юрия Гагарина стал возможен благодаря слаженной работе многих людей: физиков, математиков, конструкторов, инженеров-проектировщиков и, конечно, материаловедов. «Научная Россия» обсудила с академиком РАН Евгением Кабловым основные вехи в развитии космического и авиационного материаловедения.

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2021 году
коллектив авторов
25 - 28 мая пройдут защиты магистерских диссертаций выпускниками Факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова.

Эра технопредпринимательства

В эпоху коронавируса и борьбы с ним в существенной степени меняется парадигма выполнения творческих работ и ведения бизнеса, в той или иной мере касаясь привлечения новых типов дистанционного взаимодействия, использования виртуальной реальности и элементов искусственного интеллекта, продвинутого сетевого маркетинга, использования современных информационных технологий и инновационных подходов. В этих условиях важным является, насколько само общество готово к использованию этих новых технологий и как оно их воспринимает. Данной проблеме и посвящен этот небольшой опрос, мы будет рады, если Вы уделите ему пару минут и ответите на наши вопросы.

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.



 
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.