p Alguns ajustes de nanoescala podem ser tudo o que é necessário para fazer as junções de grafeno-nanotubo se destacarem na transferência de calor, de acordo com cientistas da Rice University. p O laboratório de Rice do físico teórico Boris Yakobson descobriu que colocar uma "chaminé" em forma de cone entre o grafeno e o nanotubo praticamente elimina uma barreira que bloqueia o calor de escapar.

p A pesquisa aparece no American Chemical Society's Journal of Physical Chemistry C .

p O calor é transferido por meio de fonons, ondas quasipartículas que também transmitem som. A teoria de Rice oferece uma estratégia para canalizar o calor prejudicial para longe da nanoeletrônica de próxima geração.

p Os nanotubos de grafeno e carbono consistem em anéis de seis átomos, que criam uma aparência de tela de galinheiro, e ambos se destacam na rápida transferência de eletricidade e fônons.

p Mas quando um nanotubo cresce a partir do grafeno, átomos facilitam o giro formando anéis heptagonais (sete membros). Os cientistas determinaram que as florestas de nanotubos cultivadas a partir do grafeno são excelentes para armazenar hidrogênio para aplicações de energia, mas na eletronica, os heptágonos espalham fônons e impedem a fuga de calor pelos pilares.

p Os pesquisadores do Rice descobriram por meio de simulações de computador que remover átomos aqui e ali da base de grafeno bidimensional forçaria a formação de um cone entre o grafeno e o nanotubo. As propriedades geométricas (também conhecidas como topologia) das transições de grafeno para cone e cone para nanotubo requerem o mesmo número total de heptágonos, mas eles são mais esparsamente espaçados e deixam um caminho livre de hexágonos disponíveis para o calor subir pela chaminé.

p "Nosso interesse em desenvolver novas aplicações para o carbono de baixa dimensão - fulerenos, nanotubos e grafeno - é amplo, "Yakobson disse." Uma maneira é usá-los como blocos de construção para preencher espaços tridimensionais com designs diferentes, criando anisotrópico, andaimes não uniformes com propriedades que nenhum dos materiais a granel atuais possui. Nesse caso, estudamos uma combinação de nanotubos e grafeno, conectado por cones, motivado por ver essas formas obtidas nos laboratórios experimentais de nossos colegas. "

p Os pesquisadores testaram a condução de fônons por meio de simulações de nanotubos autônomos, grafeno com pilares e nano-chaminés com um raio de cone de 20 ou 40 angstroms. O grafeno em pilares era 20 por cento menos condutor do que os nanotubos simples. As nano-chaminés de 20 angstrom eram tão condutoras quanto os nanotubos simples, enquanto cones de 40 angstrom foram 20 por cento melhores do que os nanotubos.

p "A sintonia dessas estruturas é virtualmente ilimitada, decorrentes das vastas possibilidades combinatórias de organização dos módulos elementares, "disse Alex Kutana, um cientista pesquisador de Rice e co-autor do estudo. “O verdadeiro desafio é encontrar as estruturas mais úteis, dadas as inúmeras possibilidades, e então torná-las confiáveis ​​no laboratório.

p "No caso presente, os parâmetros de ajuste fino podem ser formas de cones e raios, espaçamento de nanotubos, comprimentos e diâmetros. Interessantemente, as nano-chaminés também agem como diodos térmicos, com o calor fluindo mais rápido em uma direção do que na outra, " ele disse.

p Ziang Zhang, estudante de pós-graduação em arroz, é o principal autor do artigo. Ajit Roy, um dos principais engenheiros de pesquisa de materiais do Laboratório de Pesquisa da Força Aérea em Dayton, Ohio, é co-autor. Yakobson é o professor Karl F. Hasselmann de Ciência dos Materiais e NanoEngenharia e professor de química.

p O Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea e sua Iniciativa de Pesquisa Universitária Multidisciplinar apoiaram a pesquisa. Os cálculos foram realizados no supercomputador DAVinCI apoiado pela National Science Foundation, administrado pelo Center for Research Computing, adquirido em parceria com o Ken Kennedy Institute for Information Technology.