O grafeno, uma folha de átomos de carbono com a espessura de um único átomo, possui condutividade térmica excepcional, tornando-o um material promissor para diversas aplicações. Contudo, seus mecanismos de condução de calor ainda não são totalmente compreendidos. Estudos recentes sugerem que o espalhamento de quatro fônons desempenha um papel significativo na limitação da condutividade térmica do grafeno em altas temperaturas.

Para investigar isso ainda mais, os pesquisadores conduziram um estudo teórico detalhado do espalhamento de quatro fônons no grafeno. Eles desenvolveram uma estrutura teórica baseada na equação de transporte de Boltzmann e incorporaram vários mecanismos de espalhamento, incluindo espalhamento de quatro fônons, espalhamento de Umklapp e espalhamento de limite.

Seus resultados revelaram que o espalhamento de quatro fônons se torna o mecanismo dominante de transporte de calor no grafeno em temperaturas acima de 100 Kelvin. Este processo de espalhamento envolve a interação de quatro fônons, onde dois fônons se fundem para formar um fônon de energia mais alta, enquanto os outros dois fônons carregam o excesso de energia.

Os pesquisadores descobriram que a taxa de espalhamento de quatro fônons aumenta rapidamente com a temperatura, levando a uma redução significativa na condutividade térmica do grafeno. Isto explica porque a condutividade térmica do grafeno diminui a temperaturas mais elevadas, em contraste com o comportamento da maioria dos outros materiais.

O estudo também destacou a importância de considerar toda a gama de mecanismos de dispersão para prever com precisão a condutividade térmica do grafeno. Ao incorporar o espalhamento de quatro fônons junto com outros processos de espalhamento, os pesquisadores obtiveram excelente concordância com medições experimentais.

Suas descobertas contribuem para uma compreensão mais profunda dos mecanismos de condução de calor no grafeno e fornecem informações valiosas para otimizar materiais à base de grafeno para aplicações de gerenciamento térmico.

Embora o grafeno possa não ser o melhor condutor de calor, a sua excepcional condutividade térmica, juntamente com as suas outras propriedades notáveis, tornam-no um material altamente desejável para inúmeras aplicações tecnológicas, tais como electrónica, armazenamento de energia e sistemas de gestão térmica.