Теплопроводность больше не является константой материала

В соответствии с законами распространения тепла в твердых телах, сформулированными французским физиком Жозефом Фурье (Joseph Fourier), теплопроводность является константой, определяемой материалом и не зависящей от размеров или формы.

Как оказалось, это утверждение не имеет силы для двумерного слоя атомов углерода — графена. Его теплопроводность логарифмически возрастает с увеличением размеров: чем длиннее образец графена, тем больше через него проходит тепла на единицу длины.

Дэвид Дональдио (Davide Donadio), глава исследовательской группы в Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) и его партнер из Национального университета Сингапура (NUS) смогли на основании компьютерной модели предсказать этот феномен, а затем и подтвердить свои выводы экспериментально.

Результаты их работы изложены в публикации в журнале Nature Communications.

Проанализировав данные моделирования ученые установили, что этот эффект объясняется совокупным действием сниженной размерности и прочных химических связей, делающих возможным распространение тепловых колебаний в неравновесных условиях с минимальным рассеиванием. «Отныне все прежние экспериментальные измерения теплопроводности графена должны быть переосмыслены. Сама концепция теплопроводности как внутреннего свойства не работает для графена, по крайней мере, для образцов, размерами до нескольких микрометров», — заявляет Дэвид Дональдио.

В микро- и наноэлектронике тепло является фактором, сдерживающим миниатюризацию компонентов. Поэтому материал с практически неограниченной теплопроводностью (не говоря уже об уникальных электронных и прочностных свойствах графена) будет иметь огромные перспективы в данной прикладной области.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI