Cientistas do Instituto Max Planck para Pesquisa de Polímeros (MPI-P) em Mainz e da Universidade Nacional de Cingapura atestaram que a condutividade térmica do grafeno diverge com o tamanho das amostras. Esta descoberta desafia as leis fundamentais da condução de calor para materiais estendidos.

Davide Donadio, chefe de um Grupo de Pesquisa Max Planck no MPI-P, e seu sócio de Cingapura foram capazes de prever esse fenômeno com simulações de computador e verificá-lo em experimentos. Suas pesquisas e resultados já foram apresentados na revista científica Nature Communications .

"Reconhecemos mecanismos de transferência de calor que na verdade contradizem a lei de Fourier na escala do micrômetro. Agora, todas as medições experimentais anteriores da condutividade térmica do grafeno precisam ser reinterpretadas. O próprio conceito de condutividade térmica como uma propriedade intrínseca não vale para o grafeno, pelo menos para patches tão grandes quanto vários micrômetros ", diz Davide Donadio.

Afinal, as constantes materiais são alteráveis?

O físico francês Joseph Fourier postulou as leis da propagação do calor em sólidos. De acordo, A condutividade térmica é uma propriedade intrínseca do material que normalmente é independente do tamanho ou forma. No grafeno, uma camada bidimensional de átomos de carbono, Não é o caso, como nossos cientistas descobriram agora. Com experimentos e simulações de computador, eles descobriram que a condutividade térmica aumenta logaritmicamente em função do tamanho das amostras de grafeno:ou seja, quanto mais longos os patches de grafeno, mais calor pode ser transferido por unidade de comprimento.

Esta é outra propriedade única deste material maravilhoso altamente elogiado que é o grafeno:é quimicamente muito estável, flexível, cem vezes mais resistente ao rasgo do que o aço e ao mesmo tempo muito leve. O grafeno já era conhecido por ser um excelente condutor de calor:a novidade aqui é que sua condutividade térmica, que até agora era considerada uma constante material, varia conforme o comprimento do grafeno aumenta. Depois de analisar as simulações, Davide Donadio descobriu que esse recurso decorre da combinação de dimensionalidade reduzida e ligação química rígida, que fazem a vibração térmica se propagar com dissipação mínima em condições de não equilíbrio.

Resfriamento ideal para nanoeletrônica

Na micro e nanoeletrônica, o calor é o fator limitante para componentes menores e mais eficientes. Portanto, materiais com condutividade térmica virtualmente ilimitada possuem um enorme potencial para este tipo de aplicações. Materiais com excelentes propriedades eletrônicas que também resfriam automaticamente, como o grafeno pode ser, são o sonho de todo engenheiro eletrônico.

Davide Donadio, um pesquisador nascido na Itália, já lidou com nanoestruturas de carbono, processos de cristalização e materiais termoelétricos durante seus estudos em Milão, sua pesquisa fica na ETH Zurich (Suíça) e na Universidade da Califórnia, Davis (EUA). Desde 2010, ele tem investigado, entre outros, transporte térmico em nanoestruturas usando física teórica e simulando o comportamento atômico de substâncias com seu Grupo de Pesquisa Max Planck no MPI-P.