Теплопроводность графена очень высока и меняется в зависимости от температуры. В отличие от обычных металлических материалов, теплопроводность графена может превышать теплопроводность таких металлов, как железо, свинец и сталь, и первоначально увеличивается с ростом температуры, а затем снижается. На такое поведение влияет энергичное движение нагретых молекул внутри графена, которое усиливает теплопроводность его структуры.
Подробное объяснение:
-
Первоначальное увеличение теплопроводности с температурой:
-
Графен, являясь разновидностью углерода с высокоупорядоченной структурой, демонстрирует исключительную теплопроводность благодаря прочным ковалентным связям и способности электронов свободно перемещаться. При низких температурах теплопроводность графена увеличивается с повышением температуры. Это происходит потому, что повышенная тепловая энергия возбуждает электроны и фононы (квантованные моды колебательной энергии), увеличивая их подвижность и, следовательно, скорость передачи тепла.Снижение теплопроводности при высоких температурах:
-
При повышении температуры теплопроводность графена начинает снижаться. Это объясняется увеличением рассеяния фононов при высоких температурах, что нарушает их поток и уменьшает их вклад в теплопроводность. Кроме того, при очень высоких температурах на теплопроводность могут влиять плотность и пористость материала, что сказывается на эффективности теплопередачи.
-
Анизотропная природа графена:
Графен - анизотропный материал, то есть его тепловые свойства могут меняться в зависимости от направления теплового потока. Эта анизотропия может приводить к различным значениям теплопроводности в зависимости от ориентации графеновых слоев, что является критическим фактором в приложениях, где управление теплом имеет решающее значение.
Экспериментальные наблюдения:
