Grafeenista ratkaisu tiheään pakattujen mikropiirien lämpenemiseen?

Vain yhden atomikerroksen paksuinen hiilimatto, grafeeni voisi ratkaista tietokoneiden prosessoripiirien kuumenemisongelman, osoittaa uusi ranskalais-yhdysvaltalainen tutkimus. Grafeenin lämmönjohtokyvyn tiedetään olevan erinomainen, mutta uusi tutkimus osoittaa lämmönjohtavuuden säilyvän hyvänä vaikka se on kiinni piidioksidin pinnalla. Lämmönjohtavuus on kaksinkertainen ohueen kuparilevyyn verrattuna. Kuparifoliota käytetään mikropiireissä sähkön- ja samalla lämmönjohtimena.

Nanomateriaaleihin luettavaa grafeenia onnistuttiin valmistamaan ensimmäisen kerran vuonna 2004. Siinä hiiliatomit ovat kiinni toisissaan hunajakennomaisesti yhden atomikerroksen paksuisena kerroksena.

Grafeenin sähköiset ja mekaaniset ominaisuudet ovat osoittautuneet poikkeuksellisiksi: se johtaa sähköä erittäin hyvin, se on mekaanisesti kestävää, mittakaavan huomioon ottaen ja sen lämmönjohtokyky on hyvä. Niinpä siitä on ennustettu tärkeää materiaalia tulevaisuuden elektronisten komponenttien valmistukseen.

Vapaan grafeenilevyn lämmönjohtavuudeksi on mitattu 3 000-5 000 wattia/K/m, mutta käytännössä hento verkko on kiinnitettävä johonkin alustaan. Yhdysvalloissa Boston Collegessa ja Texasin yliopistossa sekä Ranskassa CEA-tutkimuslaitoksessa tehdyissä kokeissa grafeeni valmistettiin piidioksidin pintaan ja mitattiin lämmönjohtavuus tässä. Lähellä huoneenlämpötilaa lämmönjohtavuus oli noin 600 W/K/m mikä on selvästi alempi kuin vapaana, mutta silti parempi kuin kuparista tehdyillä ohuilla kalvoilla (250 W/K/m) tai piiohutkalvolla (10 W/K/m).

Alustassa kiinni olevan grafeenin lämmönjohtavuus laskee koska hiilikalvon ja alustan välillä tapahtuu vuorovaikutusta. Seuraavaksi tutkijat mittaavat mitä tapahtuu, jos grafeenikerroksia on kaksi-kolme. Oletuksena on että vuorovaikutus alustan kanssa heikkenee ja grafeenin lämmönjohtavuus nousee lähemmäksi irrallisen grafeenikalvon vastaavaa.

(YLE tiede, Science)