Ламинирующие покрытия из графена позволяют повысить теплопроводность фрагментов пластика почти в 600 раз. Такой результат получила в рамках своей последней работы международная группа исследователей из Великобритании, США и Молдовы. В перспективе открытие позволит существенно увеличить диапазон применения пластмасс на те сферы, где до сих пор они не могли использоваться. В частности, они будут применяться в твердотельном освещении или для охлаждения электронных чипов.

Графен представляет собой плоские листы атомов углерода, образующих двумерную гексагональную кристаллическую решетку. С самого момента своего открытия (первого получения образцов при помощи метода пиллинга графита) графен привлекает внимание ученых и инженеров. И это не случайно, ведь уникальные электронные и тепловые свойства этого материала в будущем могут пригодиться для создания самых разнообразных электронных компонент, к примеру, более быстрых транзисторов. Возможно, это благодаря тому, что электроны проходят через графен на чрезвычайно высоких скоростях.

Сам по себе графен имеет очень высокую удельную теплопроводность – порядка 2000 – 5000 Вт/мК (при температуре, близкой к комнатной). Его теплопроводность даже выше, чем аналогичная характеристика алмаза, хотя ранее считалось, что алмаз – наилучший проводник тепла. Важно отметить, что при помещении графена на подложку, теплопроводность такой системы остается высокой. Хотя она несколько уменьшается из-за того, что фононы (кванты колебаний кристаллической решетки) взаимодействуют, находясь в разных атомных слоях, что приводит к их рассеянию и падению теплопроводности.

Группа ученых из University of California (США), University of Manchester (Великобритания), Bluestone Global Tech (США) и Moldova State University (Молдова) в своей последней работе наблюдала, как ламинирующее покрытие из графена увеличивает теплопроводность полиэтилентерефталата (более известного, как ПЭТ).

При этом для тепловых измерений исследователи использовали бесконтактные оптотермальные комбинационные методики, в рамках которых комбинационный спектрометр используется в качестве своего рода термометра для измерения повышения температуры образца под действием возбуждающего лазера.

Проведенные учеными измерения показали, что

теплопроводность ПЭТ увеличилась почти в 600 раз, благодаря покрытию из графеновой пленки.

Сама по себе теплопроводность этого полимера очень низкая – в районе 0,15 – 0,24 Вт/мК при комнатной температуре. Как и другие пластмассы, этот материал является очень плохим проводником тепла, что сужает сферу его использования (несмотря на очевидные достоинства: низкую стоимость, долговечность и малый вес). А опубликованная работа научной группы доказывает, что всего лишь микронного слоя графена, нанесенного поверх пластика, может быть достаточно, чтобы улучшить его теплопроводность и изменить сферу применения.

Чтобы пояснить столь серьезное влияние ламинирующей пленки из графена на теплопроводность полимера научная группа использовала достаточно простую теоретическую модель. Они выяснили, что

масштабы воздействия графена зависят от размеров отдельных его чешуек и концентрации примесей. Теперь же они планируют разработать более подробную модель, основанную на моделировании процесса переноса тепла в графене. Столь детальное изучение вопроса позволит оптимизировать применение этого материала в качестве покрытия.

Подробные результаты работы были опубликованы в журнале Nano Letters.