Only Perception: 石墨薄片能吸熱

2008-03-01

石墨薄片能吸熱

Graphene Takes the Heat
http://www.physorg.com/news122732528.html

February 20, 2008
By Laura Mgrdichian

奈米碳管現已招來許多科學家與工程師，把它當成一種未來的材料，有潛力在電子技術中掀起一場革命。不過一項新研究證明，在未來重要的允諾上奈米管也許不是碳唯一的形態。

來自於加州大學河邊分校（UCR）的研究者發現構成蜂巢狀樣式的單層原子，亦稱為石墨薄片（graphene，譯註：現有人將其暫翻成石墨烯。），展現出比奈米碳管還要更優良的導熱能力。他們的結果為石墨薄片在電子學的應用中開啟了新的一扇窗，能夠控管熱，在此是不可或缺的。

該小組的結果出現在 2/20 的 Nano Letters 線上版。

"隨著電子裝置不斷縮小，有效率的導熱材料愈顯重要，" 該論文的第一作者，UCR 電機工程教授 Alexander Balandin 表示。"我們的研究能將石墨薄片的應用範圍擴展為光電子學、光子與生物工程中的熱管理材料。"

一種材料的熱傳導係數是以 W/m．K 來測量，讀作 "瓦特每公尺每凱耳文"。瓦特是功率單位，等於每秒（作功）一焦耳，凱耳文則是（絕對）溫度單位。公尺，當然是距離單位，因此熱傳導係數被常態化為材料的厚薄。熱傳導係數定義一種材料的導熱能力有多好。例如，矽，最重要電子材料，在室溫測量的熱傳導係數是 145 W/m．K。

奈米碳管所具有的熱傳導係數通常在 3000 到 3500 W/m．K 之間。鑽石，碳的另一種形態，則在 1000 - 2200 W/m．K 之間。而 UCR 所研究的單層石墨薄膜則在室溫附近展現出高達 5300 W/m．K 的熱傳導係數。

"石墨薄片尤其有望成為一種熱管理材料，因為它具有平面幾何學所增補的優異熱傳導性，同時與矽的整合也十分良好，" Balandin 說。

這個跨學門的 UCR 團隊，還包括物理助教授 Chun Ning Lau，他們以一種非傳統的方式測量熱傳導係數。平常的接觸式測量方法不適合石墨薄片，因為它只有單層的原子。這個小組所採用的是一種非接觸的途徑：他們將一張石墨薄片放到一個具有溝槽的基質上，因是有部份石墨薄片懸掛在溝槽上。他們接著將雷射光散射到懸掛部份，並利用一種稱為拉曼光譜（這是數種基於光的方法，用來了解材料的特性）的技術測量石墨薄膜的振動回應。

藉由仔細分析石墨薄片的拉曼光譜 -- 對於光線的獨特響應 -- 以及光譜所以賴的雷射功率，該小組才能夠獲得熱傳導係數的資料。整個實驗步驟相當微小，溝槽只有 3 微米寬。

※ 相關報導：

＊ Superior Thermal Conductivity of Single-Layer Graphene
http://pubs.acs.org/cgi-bin/abstract.cgi/nalefd/asap/abs/nl0731872.html

Alexander A. Balandin, Suchismita Ghosh, Wenzhong Bao,
Irene Calizo, Desalegne Teweldebrhan, Feng Miao, and
Chun Ning Lau
ASAP Nano Lett., ASAP Article,
doi: 10.1021/nl0731872