Os pesquisadores descobriram uma maneira inesperada de controlar a condutividade térmica de materiais bidimensionais (2-D), o que permitirá que os projetistas de eletrônicos dissipem o calor em dispositivos eletrônicos que usam esses materiais.

Os materiais 2-D têm uma estrutura em camadas, com cada camada tendo fortes ligações horizontalmente, ou "no avião, "e ligações fracas entre as camadas, ou "fora do avião". Esses materiais têm propriedades eletrônicas e químicas exclusivas, e prometem usar na criação flexível, afinar, dispositivos eletrônicos leves.

Para muitas dessas aplicações potenciais, é importante ser capaz de dissipar o calor com eficiência. E isso pode ser complicado. Em materiais 2-D, o calor é conduzido de maneira diferente no plano e fora dele.

Por exemplo, em uma classe de materiais 2-D, chamados TMDs, o calor é conduzido a 100 watts por metro por Kelvin (W / mK) no plano, mas a apenas 2 W / mK fora do plano. Isso dá uma "razão de anisotropia térmica" de cerca de 50.

Para entender melhor as propriedades de condução térmica de materiais 2-D, uma equipe de pesquisadores da North Carolina State University, a Universidade de Illinois em Urbana-Champaign (UI) e o Toyota Research Institute da América do Norte (TRINA) começaram a fazer experiências com dissulfeto de molibdênio (MoS2), que é um TMD.

Os pesquisadores descobriram que, introduzindo desordem no MoS2, eles podem alterar significativamente a razão de anisotropia térmica.

Os pesquisadores criaram esse distúrbio ao introduzir íons de lítio entre as camadas de MoS2. A presença de íons de lítio faz duas coisas simultaneamente:coloca as camadas do material 2-D fora de alinhamento umas com as outras, e força o MoS2 a reorganizar a estrutura de seus átomos componentes.

Quando a proporção de íons de lítio para MoS2 atingiu 0,34, a condutividade térmica no plano era de 45 W / mK, e a condutividade térmica fora do plano caiu para 0,4 W / mK - aumentando a razão de anisotropia térmica do material de 50 para mais de 100. Em outras palavras, o calor tornou-se mais do que o dobro da probabilidade de viajar de avião - ao longo da camada, em vez de entre as camadas.

E foi tão bom quanto conseguiu. Adicionar menos íons de lítio tornou a taxa de anisotropia térmica mais baixa. Adicionar mais íons também o tornou mais baixo. Mas em ambos os casos, a proporção foi afetada de forma previsível, o que significa que os pesquisadores podem ajustar a condutividade térmica do material e a relação de anisotropia térmica.

"Essa descoberta foi muito contra-intuitiva, "diz Jun Liu, professor assistente de engenharia mecânica e aeroespacial na NC State e co-autor correspondente de um artigo que descreve o trabalho. "A sabedoria convencional é que a introdução de desordem em qualquer material diminuiria a taxa de anisotropia térmica.

"Mas, com base em nossas observações, sentimos que esta abordagem para controlar a condutividade térmica se aplicaria não apenas a outros TMDs, mas para materiais 2-D mais amplamente, "Liu diz.

"Decidimos avançar em nosso entendimento fundamental de materiais 2-D, e nós temos, "Liu acrescenta." Mas também aprendemos algo que provavelmente será de uso prático para o desenvolvimento de tecnologias que fazem uso de materiais 2-D. "