Graphène à une seule coucheest connu comme le "roi des matériaux" en raison de sa structure de réseau en nid d'abeille bidimensionnelle unique et de ses caractéristiques de bande électronique, qui présentent d'excellentes performances dans la conductivité et la conductivité thermique. Ce qui suit est une analyse détaillée de sa conductivité et de sa conductivité thermique:
Conductivité
Conductivité ultra élevée:
1.La conductivité du graphène unique peut atteindre ~ 10 ⁶ s / m (à température ambiante), dépassant de loin celle du cuivre (~ 5,9 × 10 ⁷ s / m), mais en raison de son épaisseur extrêmement mince (0,34 nm), la résistance à la feuille doit être considérée dans des applications pratiques.
2. La résistance de surface est aussi faible que ~ 30 Ω / sq (sans dopage) et peut être encore réduite à ~ 10 Ω / sq par dopage chimique (comme l'acide nitrique).
Caractéristiques du transporteur:
1. Semi-conducteur de bande interdite zéro: la bande de valence et la bande de conduction entrent en contact au point de dirac, formant une relation de dispersion linéaire (la relation E-K est conique, connue sous le nom de "Dirac Cone").
2.Les porteurs de charge sont des fermions Dirac sans masse avec une mobilité extrêmement élevée (~ 20000 cm ² / (v · s) à température ambiante), dépassant de loin le silicium (~ 1400 cm ² / (v · s)).
3.Le libre parcours moyen des électrons peut atteindre le niveau du micromètre (lorsqu'il y a peu de défauts) et le transport balistique est significatif à l'échelle microscopique.
Facteurs d'influence:
1. Les défauts, les impuretés (telles que les groupes fonctionnels de l'oxygène) ou les interactions du substrat peuvent réduire les taux de migration.
2.Lorsque la température augmente, la diffusion des phonons augmente et la conductivité diminue légèrement.
Conductivité thermique
Conductivité thermique ultra élevée:
1. La conductivité thermique à température ambiante atteint ~ 4000-5000 W / (M · K) (pour les échantillons sans défaut en suspension), qui est plus de 10 fois celui du cuivre (~ 400 W / (M · K)).
2. dans la conductivité thermique plane domine, tandis que la conductivité thermique hors plan est extrêmement faible (~ 10 W / (M · K)).
Mécanisme de transfert de chaleur:
1. Menuement menée par les phonons (vibrations du réseau), en particulier les phonons à ondes longues se dispersent très peu dans un réseau parfait.
2. Les phonons optiques contribuent moins à la conductivité thermique, mais les phonons à haute fréquence présentent une diffusion améliorée à des températures élevées (> 300 K).
Facteurs d'influence:
1. L'interaction du substrat (comme le substrat SiO ₂ peut réduire la conductivité thermique à ~ 600 W / (m · k)) ou des défauts (lacunes, diffusion des bords) réduisent considérablement la conductivité thermique.
2. Dépendance de la température: A basses températures, la conductivité thermique augmente avec l'augmentation de la température (la diffusion des phonons phonon est faible), un pic apparaissant à ~ 100 K puis diminuant.
| Performance |
graphène unique |
cuivre |
silicium |
|
Conductivité (s / m) |
10⁶ |
5,9 × 10⁷ |
10⁻³–10³ |
| Conductivité thermique (w / (m · k)) |
4000–5000 |
400 |
150 |
1. Applications conductrices: électrodes flexibles, transistors à haute fréquence (dispositifs Terahertz), films conducteurs transparents (remplacement de l'ITO).
2. Applications de conduction thermique: Matériaux d'interface thermique, revêtements de dissipation de chaleur (tels que la dissipation de chaleur de la puce 5G).
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