p Os pesquisadores resolveram o enigma de longa data de como a fronteira entre os grãos de grafeno afeta a condutividade do calor em filmes finos da substância milagrosa - trazendo os desenvolvedores um passo mais perto de serem capazes de projetar filmes em uma escala útil para resfriar dispositivos microeletrônicos e centenas de outros aplicações nanotecnológicas. p O estudo, por pesquisadores da Universidade de Illinois em Chicago, a Universidade de Massachusetts-Amherst e Boise State University, é publicado online em Nano Letras .

p Desde sua descoberta, o grafeno - uma única camada de átomos de carbono ligados em um padrão de tela de galinheiro - atraiu intenso interesse por sua capacidade fenomenal de conduzir calor e eletricidade. Praticamente todos os dispositivos nanotecnológicos poderiam se beneficiar da extraordinária capacidade do grafeno de dissipar calor e otimizar a função eletrônica, diz Poya Yasaei, Estudante de graduação da UIC em engenharia mecânica e industrial e primeiro autor do artigo.

p Em dois anos, investigação multidisciplinar, os pesquisadores desenvolveram uma técnica para medir a transferência de calor através de um único limite de grão - e ficaram surpresos ao descobrir que era uma ordem de magnitude - 10 vezes - menor do que o valor teoricamente previsto. Eles então criaram modelos de computador que podem explicar as observações surpreendentes do nível atômico ao nível do dispositivo.

p Filmes de grafeno para aplicações de nanotecnologia são feitos de muitos cristais de grafeno minúsculos, diz Amin Salehi-Khojin, Professor assistente de engenharia mecânica e industrial da UIC e pesquisador principal do estudo. A produção de filmes grandes o suficiente para uso prático apresenta falhas nos limites entre os cristais que compõem o filme.

p A equipe de Salehi-Khojin desenvolveu um sistema experimental afinado que deposita um filme de grafeno em uma membrana de nitrato de silício com apenas quatro milionésimos de polegada de espessura e pode medir a transferência de calor de um único cristal de grafeno para outro. O sistema é sensível até mesmo às menores perturbações, como um limite de grão em escala nanométrica, diz o co-autor Reza Hantehzadeh, um ex-aluno de graduação da UIC agora trabalhando na Intel.

p Quando dois cristais estão perfeitamente alinhados, a transferência de calor ocorre exatamente como previsto pela teoria. Mas se os dois cristais têm bordas desalinhadas, a transferência de calor é 10 vezes menor.

p Para contabilizar a diferença de ordem de magnitude, uma equipe liderada por Fatemeh Khalili-Araghi, Professor assistente de física da UIC e co-investigador principal do artigo, desenvolveu uma simulação de computador da transferência de calor entre os limites dos grãos no nível atômico.

p O grupo de Khalili-Araghi descobriu que, quando o computador "construiu" limites de grãos com diferentes ângulos de incompatibilidade, o limite do grão não era apenas uma linha, era uma região de átomos desordenados. A presença de uma região desordenada afetou significativamente a taxa de transferência de calor em seu modelo de computador e pode explicar os valores experimentais.

p "Com ângulos maiores incompatíveis, esta região desordenada pode ser ainda mais ampla ou mais desordenada, " ela disse.

p Para simular de forma realista os limites de grãos incompatíveis e a transferência natural de calor, foi necessário modelar a síntese de uma grande área de filme de grafeno, com grãos crescendo e coalescendo - uma simulação muito complexa, Khalili-Araghi disse, que exigia o "enorme poder de computação" do cluster de computação de alto desempenho da UIC.

p "Com nossa simulação, podemos ver exatamente o que está acontecendo em nível atômico, "disse o co-autor Arman Fathizadeh, UIC, associado de pesquisa de pós-doutorado em física. "Agora podemos explicar vários fatores - a forma e o tamanho dos limites dos grãos, e o efeito do substrato. "