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"Weißes Graphen" verspricht gute Kühlung

16.07.2015

3D-Strukturen können Wärme effizient in alle Richtungen leiten

Dreidimensionale Strukturen aus Bornitrid, bekannt als "weißes Graphen", scheinen geeignet, um kompakte Elektronik besonders effizient zu kühlen. Das haben Forscher der Rice University http://rice.edu  festgestellt. Denn solch ein Aufbau kann Wärme effizient in alle Richtungen statt nur in einer Ebene leiten.


Sechsecke in 3D: kühlende Materialstruktur

Foto: Shasavari Group, rice.edu

Der Ansatz ist den Forschern zufolge beispielsweise für Elektronik aus mehreren Schichten des Kohlenstoffmaterials Graphen interessant, in der ansonsten einzelne Lagen überhitzen könnten.

"Üblicherweise ist es bei jeder Elektronik sehr wünschenswert, Wärme so schnell und effizient wie möglich aus dem System abzuleiten", sagt der Rice-Materialwissenschaftler Rouzbeh Shahsavari. Doch bei in Schichten aufgebauter Elektronik breitet sich Wärme meist nur entlang der jeweiligen Leiterebene, aber nicht von Schicht zu Schicht aus.

"Mehrere übereinandergelegt Graphenschichten sind dafür ein gutes Beispiel." Da das Kohlenstoffmaterial ein großer Hoffnungsträger für noch kompaktere Elektronik ist, sind passende Kühlansätze entsprechend wichtig. Dafür ist laut Rice-Team Bornitrid ein heißer Kandidat.

Partner mit Doppelfunktion

Bornitrid verdankt den Namen weißes Graphen der Tatsache, dass es in zweidimensionaler Form den gleichen Hexagonalgitteraufbau zeigt wie Graphen. Zudem leitet es ebenso gut Wärme - zunächst ebenfalls in einer Ebene.

Allerdings konnten Shahsavari und Kollegen in Modellrechnungen zeigen, dass ein geeigneter 3D-Aufbau die Hitze auch effizient von Schicht zu Schicht weitergibt. Die Struktur besteht aus Bornitrid-Lagen, die durch Nanoröhrchen aus dem gleichen Material verbunden sind. Wie gut die Wärme von Schicht zu Schicht geleitet wird, hängt dabei von der genauen Form der Nanoröhrchen ab.

Im Gegensatz zu echtem Graphen leitet weißes Graphen Strom nicht, könnte also auch Schaltkreise aus Graphen voneinander abschirmen. Damit kommt dem Material potenziell eine wichtige Doppelrolle zu. "Angesichts der isolierenden Eigenschaften von Bornitrid kann es die Schaffung von Graphen-basierter 3D-Nanoelektronik ermöglichen und ergänzen", meint Shahsavari.

Interessant ist dabei zudem, dass es mit einem passenden Aufbau möglich wäre, den Wärmefluss in einem System gezielt zu steuern - beispielsweise, dass sich Wärme in einem Bereich deutlich schneller in die eine als in die andere Richtung ausbreitet.

Thomas Pichler | pressetext.redaktion

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