La conductivité thermique du graphène est particulièrement élevée et varie en fonction de la température. Contrairement aux matériaux métalliques généraux, la conductivité thermique du graphène peut dépasser celle de métaux tels que le fer, le plomb et l'acier, et augmente d'abord avec la température avant de diminuer. Ce comportement est influencé par le mouvement énergétique des molécules chauffées à l'intérieur du graphène, qui améliore la conduction de la chaleur à travers sa structure.
Explication détaillée :
-
Augmentation initiale de la conductivité thermique avec la température :
-
Le graphène, qui est une forme de carbone à la structure très ordonnée, présente une conductivité thermique exceptionnelle en raison de ses fortes liaisons covalentes et de la capacité de ses électrons à se déplacer librement. À basse température, la conductivité thermique du graphène augmente avec la température. En effet, l'augmentation de l'énergie thermique excite les électrons et les phonons (modes quantifiés d'énergie vibratoire), ce qui accroît leur mobilité et donc le taux de transfert de chaleur.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. En outre, à très haute température, la conductivité thermique peut être influencée par la densité et la porosité du matériau, ce qui peut affecter l'efficacité du transfert de chaleur.
-
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, ce qui est un facteur critique dans les applications où la gestion de la chaleur est cruciale.
Observations expérimentales :
