少層石墨片仍是散熱利器
- 上線日期：2010/5/31 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
美國科學家發現，儘管多層石墨片(multi-layer graphene)的導熱率會隨著層數增加而下降，少層石墨片(few-layer graphene)在電子元件散熱的應用上仍優於傳統的銅材。該團隊亦證明在目前已知材料中，石墨片具有最高的導熱率。
石墨片為二維蜂巢狀晶格碳原子結構，由於具有獨特的電子與力學性質，2004年問世後持續吸引著科學家及工程師的注意。尤其電子在石墨片中能以極高速度運動的特性，更被認為能用來製作超快電晶體。
加州大學河濱分校的Alexander Balandin等人在2008年時測量室溫下石墨片的導熱率，發現其值約在3000到5000 Wm-1K-1的範圍中，比當時已知的最佳熱導體鑽石還高。
然而，過去未曾有人研究石墨片層數逐漸增加時導熱率如何變化。最近，Balandin的團隊測量了包含2到10層的少層石墨片樣本的導熱率。他們利用拉曼光譜測量孤立(free-standing)石墨片的溫度，發現隨著層數增加導熱率將下降。即使如此，四層石墨片的導熱率仍高達1300 Wm-1K-1，相形之下，目前電腦晶片廣泛用來散熱的銅塊材導熱率只有400 Wm-1K-1，製成銅薄膜時更降至250 Wm-1K-1。Balandin指出，實際應用時，石墨片需與其他複合物或基板接觸，此舉會降低其導熱率，但仍應高於銅材料。
該團隊表示，導熱率降低是因為聲子(phonon)會在層與層之間產生耦合。層數越多意味著更多耦合及聲子散射發生，這會干擾熱的傳遞。目前電子元件大多採用傳統的矽電路，當元件尺寸不斷縮小時，廢熱問題將越趨嚴重。這項研究證實少層石墨片的高導熱率有助於電子元件的快速散熱。
Balandin認為石墨片目前可做為晶片封裝的熱接面材料，或光伏元件的透明電極。如果石墨片在未來幾年內能有較大產量，亦可能使用於電腦晶片中，做為內部接線或散熱片。該研究團隊目前正在研究將少層石墨片應用在電腦晶片中的方法。詳見近期的Nature Materials | doi:10.1038/nmat2753。
原始網站: http://physicsworld.com/cws/article/news/42597
譯者:劉家銘(成功大學物理系)
責任編輯:蔡雅芝
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