La conducibilità termica del grafene è notevolmente elevata e varia con la temperatura. A differenza dei materiali metallici in generale, la conducibilità termica del grafene può superare quella di metalli come il ferro, il piombo e l'acciaio e inizialmente aumenta con la temperatura prima di diminuire. Questo comportamento è influenzato dal movimento energetico delle molecole riscaldate all'interno del grafene, che aumenta la conduzione del calore attraverso la sua struttura.
Spiegazione dettagliata:
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Aumento iniziale della conduttività termica con la temperatura:
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Il grafene, essendo una forma di carbonio con una struttura altamente ordinata, presenta un'eccezionale conduttività termica grazie ai suoi forti legami covalenti e alla capacità degli elettroni di muoversi liberamente. Alle basse temperature, la conducibilità termica del grafene aumenta all'aumentare della temperatura. Questo perché l'aumento dell'energia termica eccita gli elettroni e i fononi (modi quantizzati di energia vibrazionale), aumentando la loro mobilità e quindi la velocità di trasferimento del calore.Diminuzione della conduttività termica a temperature più elevate:
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Con l'aumento della temperatura, la conducibilità termica del grafene inizia a diminuire. Ciò è attribuito alla maggiore dispersione dei fononi a temperature più elevate, che ne interrompe il flusso e riduce il loro contributo alla conduttività termica. Inoltre, a temperature molto elevate, la conducibilità termica può essere influenzata dalla densità e dalla porosità del materiale, che può influire sull'efficienza del trasferimento di calore.
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Natura anisotropa del grafene:
Il grafene è un materiale anisotropo, ovvero le sue proprietà termiche possono variare a seconda della direzione del flusso di calore. Questa anisotropia può portare a valori diversi di conducibilità termica a seconda dell'orientamento degli strati di grafene, un fattore critico nelle applicazioni in cui la gestione del calore è fondamentale.
Osservazioni sperimentali:
