«Белый графен» может применяться для отвода тепла в электронике

Сотрудники Университета Райса Ружбе Шахсавари (Rouzbeh Shahsavari) и Навид Сакхаванд (Navid Sakhavand) завершили первый теоретический анализ возможности применения трехмерного нитрида бора в качестве настраиваемого материала для отвода тепла от электронных устройств. Полученные результаты были опубликованы ими в журнале Applied Materials and Interfaces.

В двумерной форме гексагональный нитрид бора (h-BN), или белый графен, выглядит так же, как монослой атомов углерода. В отличие от графена, h-BN является не проводником, а естественным изолятором, но оба материала отлично проводят тепло (фононы).

«В любой электронной системе стараются избавиться от тепла как можно более быстро и эффективно, – отметил Шахсавари. – Проблема при использовании слоистых материалов на подложке заключается в том, что тепло очень быстро распространяется вдоль проводящей плоскости, но гораздо хуже, из слоя в слой. Хорошая иллюстрация этого – многослойный графен».

Тепло движется баллистически и в плоских слоях нитрида бора, но проведенные в Университете Райса симуляции показали, что 3D-структуры из плоскостей h-BN, соединенных нанотрубками нитрида бора, будут способны переносить фононы во всех направлениях, как параллельно, так и перпендикулярно плоскости.

Ученые рассчитали течение фононов для четырех типов таких структур с разной длиной и плотностью расположения нанотрубок. Они установили, что места соединения трубок с плоскостями действуют как желтый сигнал светофора: не останавливая, но существенно замедляя движение фононов между слоями. При этом, чем больше нанотрубок или чем они короче, тем медленнее распространяется тепло, а длинные трубки ускоряют теплообмен.

Этот тип системы объемного управления теплообменом открывает возможности создания тепловых вентилей или тепловых выпрямителей, в которых поток тепла в одном направлении будет отличаться от встречного потока. Благодаря изолирующим свойствам нитрида бора, он может стать удачным дополнением к графену в будущих устройствах трехмерной наноэлектроники.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365