حل معمای انتقال حرارت گرافن توسط دانشمندان ایرانی

جدیدترین پژوهش در زمینه‌ی حل معمای انتقال حرارت گرافن که در دانشگاه ایلینویز شیکاگو، دانشگاه Massachusetts-Amherst و دانشگاه ایالتی بویز صورت گرفت، اخیراً در مجله‌‌ی علمی Nano Letters و با نام پویا یسایی به چاپ رسیده است.

از زمان اکتشاف گرافن –لایه‌‌ی بسیار بسیار نازکی از اثر مداد خود را متصور شوید- پژوهشگران توجه زیادی به خواص الکتریکی و گرمایی عجیب این ماده نشان دادند. در این پژوهش به واقع بین رشته‌‌ای، پژوهشگران به مدت دو سال فناوری را توسعه دادند که به کمک آن امکان اندازه گیری انتقال حرارت در طول یک تکه گرافن وجود داشت و به طرز باور نکردنی متوجه اختلاف یک دهم برابری واقعیت با محاسبات نظری در نرخ انتقال حرارت شدند. آن‌‌ها سپس مدل نظری را توسعه دادند که به کمک آن می‌‌‌شد این پدیده‌‌ی عجیب را از سطح اتمی تا سطح و ابعاد دستگاه ساخته شده توضیح داد.

به گفته‌‌ی امین صالحی خوجین، استاد دانشگاه، فیلم‌‌های گرافنی که برای کاربردهای نانوفناوری ساخته می‌‌‌شوند، در حقیقت از تعداد بسیار زیادی از کریستال‌‌های کوچک گرافنی ساخته شده‌اند و ساخت فیلم‌‌های بزرگی که مناسب کاربردهای معمول باشند منجر به ایجاد مرزهایی در بین این کریستال‌‌های شکل دهنده‌‌ی کل فیلم می‌‌‌شود.

به گفته‌‌ی رضا حنته زاده ، دانشجوی دانشگاه ایلینویز که هم اکنون در اینتل مشغول به کار است، آن‌‌ها برای اندازه‌گیری انتقال حرارت از یک کریستال گرافنی به کریستال دیگر، سامانه‌‌ای را توسعه دادند که شامل نشاندن یک فیلم گرافن بر روی بستری از جنس نیترات سیلیکون با ضخامتی کمتر از یک میلیونیوم اینچ (یک اینچ حدود 2.5 سانتی متر است) بود. ویژگی مهم این سامانه این است که حتی به کوچک‌ترین اغتشاشات نیز حساسیت نشان می‌دهد.

وقتی دو کریستال در کنار هم قرار می‌‌‌گیرند، همانطور که تئوری پیش‌بینی می‌‌‌کند، انتقال حرارت بین دو کریستال آغاز می‌‌‌شود؛ اما اگر لبه‌‌های دو کریستال آرایش مناسبی نداشته باشند، میزان انتقال حرارت تا 10 برابر کمتر خواهد بود.

فاطمه خلیلی عراقی که تیمش بخش شبیه‌سازی‌‌های انتقال حرارت را در سطح اتمی برعهده داشت، دریافت که مرزهای موجود بین دو کریستال تنها یک خط نیست؛ بلکه شامل ناحیه‌‌ای متشکل از اتم‌‌های نامنظم می‌‌‌شود و حضور این بی نظمی‌‌ها به شدت نرخ انتقال حرارت را تحت‌تأثیر قرار می‌‌‌دهد. به گفته‌‌ی آرمان فتحی زاده محقق پست دکترای دانشگاه UIC: «با انجام شبیه‌سازی واقعی برای دیدن آنچه که در سطح اتمی اتفاق می‌‌‌افتد، می‌‌‌توان فاکتورهای مؤثر همچون شکل، اندازه کریستال‌‌ها، مرزها و اثر بستر را به خوبی مشخص کرد».

به کمک این پژوهش می‌‌‌توان امیدوار بود راه برای کاربردهای بیشتر و عملی تر گرافن در آینده‌‌ای نزدیک هموارتر شود.