石墨烯与碳纳米管直接的褶皱 使能量传递更快

根据莱斯大学研究人员的说法，通过操纵石墨烯片和连接碳纳米管的纳米管之间的连接处，可以使通过柱状石墨烯的热量传递的更快。图片来源：雷涛/莱斯大学

    根据莱斯大学工程师的说法，在理论上，材料如果有几处不对称连接导致的‘皱纹’，那么柱状石墨烯便会更好地传递热量。

    莱斯大学材料科学家Rouzbeh Shahsavari和校友Navid Sakhavand通过共价键合碳纳米管连接的石墨烯片，首先构建出了柱状石墨烯的原子级计算机模型，以更好地研究其强度、电学。 

    在一项新的研究中，他们发现，操纵纳米管和石墨烯之间的接缝对材料直接加热能力具有显著的影响。这很重要，因为电子设备会收缩，这就需要更精密的散热器。这项研究发表在美国化学学会期刊《ACS应用材料与界面》上。 

    研究或正在研究柱状石墨烯的研究人员主要观察了理论材料的两个特征：柱的长度和彼此之间的距离。新研究表明，除此之外还应该考虑第三个参数——石墨烯和纳米管之间连接的性质。 

    扁平石墨烯和圆形纳米管之间的无缝连接需要对其特征六元碳环进行调整。简单的方法是，把一半的环放在一个额外的原子上。六个七元环与六个六元环交替排列，使板材转90度成为管。 

    但莱斯团队认为，这不是热传输的佳配置。研究发现，用三个八角形替代六个七角形将有利于旋转，同时也会略微增加石墨烯的压力。这会使石墨烯薄片的顶部和底部起皱，而不会显著改变接合处热量的传递。 

    研究人员直观地预测了皱纹会降低热传递，并惊讶地发现，“平面内”石墨烯的热传递随着皱纹的产生而变快。他们认为在纳米管和石墨烯之间的接合处具有较少的环就意味着较少散热的声子，这使得它们在不平整的面上也能保持稳定。 

    在长的平面上测量，八角形模型在运输声子方面的表现比没有表面时高出近20％。民用与环境工程材料科学与纳米工程助理教授Shahsavari表示：“我们的研究结果表明，这种连接配置的微妙特性对热传输具有显著的影响。鉴于目前在许多纳米和微电子学中热管理和器件小型化的需求，本研究提供了新的自由发挥和改进热传输的方式。” 

    研究人员认为，声子通过纳米管传输比石墨烯慢，而在八边形的影响下可能会变得更慢，但是改变了的界面似乎并没有明显的效果。 

    Shahsavari说：“原因在于几何形状，结中非六边形环的数目越低（例如三个八边形对六个七边形），非预期的环的数目越低，因此声子散射越低并且热运输得到改善。”他说，因为这些接合点可以有许多不同的几何形状，这取决于纳米管的半径和手性，所以还有更多的可能的配置可以模拟。 

原文来自sciencedaily，题目为Wrinkles give heat a jolt in pillared graphene，由材料科技在线汇总整理。