Only Perception: 研究者：聲波或能冷卻微電子裝置

2011-01-03

研究者：聲波或能冷卻微電子裝置

Sound could save circuits: Researchers theorize acoustic waves may cool microelectronics
http://www.physorg.com/news191687359.html

April 28, 2010

(PhysOrg.com) -- 對音樂粉絲來說，"熱聲（Hot sounds，熱音）" 是某種意義，對物理學家來說則是另一種。把 Rice 大學的研究者算在後面，因為他們發現，沿著石墨烯（graphene）帶狀物傳播的聲波，也許正好是從非常微小的電子裝置移除熱所需要的東西。

Rice 物理學家 Boris Yakobson 及其學生所提出的理論模型確定，石墨烯（一種單層、蜂巢狀的碳原子，是許多材料科學與電子學研究焦點）能在波當中傳送熱能。

考慮到石墨烯的彈性特性，聲學上的長波似乎是作用最佳者。因為石墨烯的散射特性很低，這樣的波能跑的快又遠，不會因彼此或因材料中的瑕疵而受到阻礙。

不管你的耳朵離奈米等級的帶狀物有多近，你永遠不會聽到任何東西，Yakobson 說。但對於研究者來說，這意味著清澈如鈴。

"在這種尺度下，石墨烯可望成為根本原因（fundamental reasons），" Yakobson，Rice 機械工程與材料科學教授以及材料化學教授，而且是一項計畫的一份子，該計畫因其材料科學的品質最近被提名為世界第一。"聲速是能量能被帶離的速度，因此熱被轉移了，基本上，是透過振動。"

Yakobson 及其共同作者，前博士後助理，Enrique Munoz，現在是智利 Playa Ancha 大學數學與物理系助教授，以及 Jianxin Lu，Rice 畢業生，上週將他們的結果發表在 Nano Letters 期刊線上版。

Munoz（論文第一作者）表示，聲子 "近乎彈道般的表現"，使石墨烯材料在導熱上比銅或金好上 10 倍。

使這種石墨烯散熱管有效率的技巧將會是：搞清楚當熱抵達帶狀物末端時，它會往哪去，這是一個 Lu 繼續以奈米帶與奈米管進行研究的問題。若沒有一種有效的界面，聲子的傳導波（propagating waves）將會反彈。

"你需要另一種媒介，" Yakobson 說。"這就是為何我說這更像散熱管而非散熱片之故，因為，在石墨烯的遠端，你需要與流體接觸，氣相或液相都可，這種波的能量才能消散。"

當前微電子世界的功率密度，在巨觀尺度上，足以在幾秒內把一壺茶煮沸。所以，將敏感儀器上的熱移除且將其釋放到空氣中，變得愈來愈重要。

"我們正在對付非常高的熱密度 -- 也許是每平方公分 1 千瓦，" Yakobson 說。"當你想要烤肉時，這樣的熱非常有用。不過，在此例中，你基本上是在烤你的裝置。"

找到一種方法來處理將熱從更小的裝置傳走對於摩耳定律的續存非常關鍵，那精確地（到目前為止）預測可置於 IC 上的電晶體數量，每二年會倍增。

"這些奈米帶另一項有趣的應用是，建構聲子波導（phonon waveguides），" Munoz 補充。"石墨烯帶可拼湊在奈米級電路內，在此聲子，而非電子，會成為另一種電腦架構的資訊載體。"

※ 相關報導：

＊ Ballistic Thermal Conductance of Graphene Ribbons
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl904206d