Einzelschicht -Graphenist aufgrund seiner einzigartigen zweidimensionalen Wabengitterstruktur und der elektronischen Bandeigenschaften als "König der Materialien" bekannt, die eine hervorragende Leistung in Bezug auf Leitfähigkeit und thermische Leitfähigkeit aufweisen. Das Folgende ist eine detaillierte Analyse seiner Leitfähigkeit und thermischen Leitfähigkeit:
Leitfähigkeit
Ultrahohe Leitfähigkeit:
1. Die Leitfähigkeit von einschichtiger Graphen kann ~ 10 ⁶ s/m (bei Raumtemperatur) erreichen, weit über die von Kupfer (~ 5,9 × 10 ⁷ s/m), aber aufgrund der extrem dünnen Dicke (0,34 nm) muss in praktischen Anwendungen ein Blattwiderstand berücksichtigt werden.
2. Der Oberflächenwiderstand ist nur ~ 30 Ω/m² (ohne Dotierung) und kann durch chemische Dotierung (wie Salpetersäure) weiter auf ~ 10 Ω/m² reduziert werden.
Trägereigenschaften:
1. Zero-Bandgap-Halbleiter: Das Valenzband und das Leitungsband kommen am Dirac-Punkt in Kontakt und bilden eine lineare Dispersionsbeziehung (E-K-Beziehung ist konisch, bekannt als "Dirac-Kegel").
2. Die Ladungsträger sind massenlose Dirac -Fermionen mit extrem hoher Mobilität (~ 20000 cm ²/(V · s) bei Raumtemperatur), weit über Silizium (~ 1400 cm ²/(V · S)).
3. Der durchschnittliche freie Pfad der Elektronen kann den Mikrometerstand erreichen (wenn es nur wenige Defekte gibt), und der ballistische Transport ist im Mikroskalel signifikant.
Einflussfaktoren:
1. Dezipektiert, Verunreinigungen (wie Sauerstofffunktionsgruppen) oder Substratwechselwirkungen können die Migrationsraten senken.
2. Wenn die Temperatur zunimmt, nimmt die Phononstreuung zu und die Leitfähigkeit nimmt leicht ab.
Wärmeleitfähigkeit
Ultrahohe thermische Leitfähigkeit:
1. Die thermische Leitfähigkeit bei Raumtemperatur erreicht ~ 4000-5000 W/(m · k) (für freie fehlerfreie Proben), die mehr als das 10-fache des Kupfers (~ 400 W/(M · k)) beträgt.
2. Die thermische Leitfähigkeit der Ebene dominiert, während die thermische Leitfähigkeit außerhalb der Ebene extrem schwach ist (~ 10 W/(m · k)).
Wärmeübertragungsmechanismus:
1. Maße von Phononen (Gittervibrationen) durchgeführt, insbesondere von Phononen mit langer Welle in einem perfekten Gitter.
2.optische Phononen tragen weniger zur thermischen Leitfähigkeit bei, aber hochfrequente Phononen weisen eine verbesserte Streuung bei hohen Temperaturen auf (> 300 K).
Einflussfaktoren:
1. Die Substrat -Wechselwirkung (wie das SIO ₂ -Substrat kann die thermische Leitfähigkeit auf ~ 600 W/(m · k)) oder Defekte (Stellenangebote, Kantenstreuung) die thermische Leitfähigkeit signifikant verringern.
2. Temperaturabhängigkeit: Bei niedrigen Temperaturen steigt die thermische Leitfähigkeit mit zunehmender Temperatur (Phononphononstreuung ist schwach), wobei ein Peak bei ~ 100 K auftritt und dann abnimmt.
| Leistung |
Einzelschichtgraphen |
Kupfer |
Silizium |
|
Leitfähigkeit (s/m) |
10⁶ |
5,9 × 10⁷ |
10⁻³–10³ |
| Wärmeleitfähigkeit (w/(m · k)) |
4000–5000 |
400 |
150 |
1. KONITIDIGE Anwendungen: Flexible Elektroden, Hochfrequenztransistoren (Terahertz-Geräte), transparente leitfähige Filme (Ersetzen von ITO).
2. Thermale Leitungsanwendungen: Wärmegrenzflächenmaterialien, Wärmeableitungsbeschichtungen (z. B. 5G -Chip -Wärmeableitungen).
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