Eletrônica

Nanochaminés de carbono tiram calor de processadores

Nanochaminés de carbono tiram calor de processadores
A ideia é construir as nanochaminés junto a cada componente eletrônico, para que o calor possa ser dispersado de maneira homogênea. [Imagem: Alex Kutana/Rice University]

Nanotubo sobre grafeno

Verdadeiras chaminés em nanoescala, feitas de grafeno e nanotubos de carbono, prometem tirar o calor de dentro dos processadores e demais circuitos integrados, permitindo que eles funcionem mais rápido.

O calor é transferido através de fônons, que são ondas - ou quasipartículas - que também transmitem o som.

Ziang Zhang, da Universidade Rice, nos EUA, descobriu que forçar a formação de um cone entre o grafeno e os nanotubos elimina uma barreira, existente nesses nanomateriais isoladamente, que bloqueia o transporte dos fônons e, portanto, impede que todo o calor escape.

Nanochaminé de carbono

Tanto os nanotubos quanto o grafeno consistem em anéis de seis átomos de carbono, que criam uma estrutura com a aparência de uma tela de galinheiro - um nanotubo é, essencialmente, uma folha de grafeno enrolada. Os dois se destacam pela transferência muito rápida, tanto de elétrons, como de fônons.

Mas quando um nanotubo cresce a partir do grafeno, os átomos se ajustam à curvatura formando anéis heptagonais (com sete átomos). Esses heptágonos dispersam os fônons e impedem a fuga do calor através dos tubos.

Zhang e seus colegas descobriram que remover alguns átomos de carbono da base bidimensional de grafeno - que deverá ser posta por cima do chip - força a formação de um cone entre o grafeno e o nanotubo, criando uma nanochaminé.

As propriedades geométricas - a topologia - das transições grafeno-cone e cone-nanotubo exigem o mesmo número total de heptágonos, mas eles ficam mais espaçados, deixando um caminho preciso de hexágonos disponíveis para que o calor suba pela chaminé.

Carbono de baixa dimensão

O desafio, como sempre acontece com o grafeno e os nanotubos, será construir as chaminés tão precisamente quanto previstas pela teoria - as nanoestruturas calculadas pela equipe chegam a ter apenas 40 Ângstrons, ou 0,1 nanômetro.

"Temos grande interesse em avançar novas aplicações para os carbonos de baixa dimensão - fulerenos, nanotubos e grafeno. Uma das maneiras é usá-los como blocos de construção para preencher espaços tridimensionais com desenhos diferentes, criando suportes não-uniformes, anisotrópicos, com propriedades que nenhum dos materiais possui individualmente," disse o professor Boris Yakobson, cuja equipe já havia demonstrado como miniaturizar bobinas, solenoides e motores usando nanoestruturas de carbono.

Bibliografia:

Nanochimneys: Topology and Thermal Conductance of 3D Nanotube-Graphene Cone Junctions
Ziang Zhang, Alex Kutana, Ajit Roy, Boris I. Yakobson
Journal of Physical Chemistry C
Vol.: Article ASAP
DOI: 10.1021/acs.jpcc.6b11350




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