Cientistas do Instituto Max Planck para Investigação de Polímeros (MPI -P ), em Mogúncia, e a Universidade Nacional de Singapura, atestaram que a condutividade térmica do grafeno diverge com o tamanho das amostras. Esta descoberta desafia as leis fundamentais da condução de calor para os materiais estendidos.
Davide Donadio, chefe de um grupo de pesquisa no MPI- P, e seu parceiro de Singapura foram capazes de prever esse fenômeno com simulações de computador e verificar em experimentos. A pesquisa e seus resultados já foram apresentados na revista científica Nature Communications.
“Nós reconhecemos os mecanismos de transferência de calor que realmente contradizem a lei de Fourier na escala micrométrica. Agora todas as medidas experimentais anteriores da condutividade térmica de grafeno precisam ser reinterpretadas. O próprio conceito de condutividade térmica como uma propriedade intrínseca não vale para o grafeno, pelo menos para amostras com vários micrômetros”, diz Davide Donadio.
As constantes dos material são alteráveis, então?
O físico francês Joseph Fourier havia postulado as leis da propagação de calor em sólidos. Deste modo, a condutividade térmica é uma propriedade intrínseca do material, que é normalmente independente do tamanho ou forma. No grafeno, que é uma camada bidimensional de átomos de carbono, esse não é o caso, como os cientistas descobriram agora. Com as experiências e as simulações de computador, eles descobriram que a condutibilidade térmica aumenta logaritmicamente em um função do tamanho das amostras. Quanto maior o tamanho da amostra, maior a transferência.
Esta é uma outra propriedade única deste material. Não é de admirar que o grafeno é muito elogiado: é quimicamente muito estável, flexível, cem vezes mais resistente ao desgaste do que o aço e, ao mesmo tempo, muito leve. Grafeno já era conhecido por ser um excelente condutor de calor, a novidade aqui é que a sua condutividade térmica, que foi até agora considerada como uma constante, varia à medida que o comprimento de grafeno aumenta. Após analisar as simulações, Davide Donadio descobriu que esta característica deriva da combinação de reduzida dimensionalidade e ligações químicas rígidas, o que mostra que a propagação da vibração térmica tem dissipação mínima em condições de não equilíbrio.
Um ótimo resfriamento para a nanoeletrônica
Na micro e nano-eletrônica, o calor é o fator limitante para componentes menores e mais eficientes. Portanto, materiais com condutividade térmica praticamente ilimitada possuem um enorme potencial para este tipo de aplicações. Os materiais com excelentes propriedades eletrônicas que têm um auto-resfriamento também, como o grafeno poderá ser, são o sonho de qualquer engenheiro eletrônico.
Fonte: Este texto foi traduzido na íntegra do site de publicação científica Phys.org.
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