La conductivité thermique du graphène est remarquablement élevée et varie en fonction de la température.
Contrairement aux matériaux métalliques typiques, la conductivité thermique du graphène dépasse celle de métaux tels que le fer, le plomb et l'acier.
Dans un premier temps, elle augmente avec la température avant de diminuer.
Ce comportement est dû au mouvement énergétique des molécules chauffées à l'intérieur du graphène, qui améliore la conduction de la chaleur à travers sa structure.
Quelle est la conductivité thermique du graphène en fonction de la température ? (4 points clés)
1. Augmentation initiale de la conductivité thermique avec la température
Le graphène, une forme de carbone à la structure très ordonnée, présente une conductivité thermique exceptionnelle en raison de ses fortes liaisons covalentes et de ses électrons libres de mouvement.
À basse température, la conductivité thermique du graphène augmente avec la température.
Cela s'explique par le fait que l'augmentation de l'énergie thermique excite les électrons et les phonons (modes quantifiés d'énergie vibratoire), ce qui accroît leur mobilité et le taux de transfert de chaleur.
2. Diminution de la conductivité thermique à des températures plus élevées
À mesure que la température augmente, la conductivité thermique du graphène commence à diminuer.
Cela est dû à la diffusion accrue des phonons à des températures plus élevées, ce qui perturbe leur flux et réduit leur contribution à la conductivité thermique.
À très haute température, la densité et la porosité du matériau peuvent également affecter l'efficacité du transfert de chaleur.
3. Nature anisotrope du graphène
Le graphène est un matériau anisotrope, ce qui signifie que ses propriétés thermiques peuvent varier en fonction de la direction du flux de chaleur.
Cette anisotropie peut conduire à des valeurs de conductivité thermique différentes en fonction de l'orientation des couches de graphène.
Il s'agit d'un facteur critique dans les applications où la gestion de la chaleur est cruciale.
4. Observations expérimentales
Le graphène est utilisé dans les dispositifs thermochromiques, où ses propriétés thermiques peuvent être modulées électriquement.
Cette modulation est évidente dans les changements de couleur observés dans les bandes thermochromes lorsqu'une tension est appliquée, indiquant un changement de température.
Cela démontre le potentiel du graphène dans les applications de capteurs, où sa conductivité peut être ajustée de manière dynamique.
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