科学家发现由硅同位素制成的纳米线比普通硅的导热性能好150%

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在一个繁忙的电子系统中,电流会产生大量的热量,如果任其堆积,就会损坏元件。因此,冷却技术也在快速发展,但随着电子产品变得越来越小,有效散热变得越来越难。

科学家在新研究中发现了被称之为“硅-28”(Si-28)的特殊硅同位素,同位素是一种含有不同数量中子的特定元素的原子。目前大约 92% 的硅以“硅-28”的形式存在,5% 以“硅-29”(Si-29)形式存在,而剩余的 3% 则以“硅-30”(Si-30)形式存在。

在计算机芯片中,这些同位素具有相同的一般电子功能,但以前的研究发现,Si-29 和 Si-30 的“杂质”会中断热量的流动。

过去,科学家们发现,用纯“硅-28”制成的散装元件可以将热传导提高 10% 左右--这并不坏,但并不真正值得付出额外的成本。在新的研究中,研究人员考察了由纯Si-28制成的纳米线的导热效果如何。

研究小组将宽度仅为90纳米的Si-28纳米线置于两个微加热器垫之间,并对其中一个施加电流,以便产生的热量通过纳米线流向另一个。科学家们预计改进的幅度在20%左右--但令他们非常惊讶的是,它的性能比天然硅的纳米线好 150%。

仔细检查发现,在纳米线的外部形成了一层二氧化硅,有效地抚平了通常粗糙的表面,使其散射热量。在内部,由于缺乏其他同位素的缺陷,使热量得以顺利通过纳米线的核心。

然而,有一个主要问题--从其他同位素中分离出硅-28仍然很昂贵和困难。但是未来也可以在这个领域取得进展,特别是有了一些新的理由来这样做。

The research was published in the journal Physical Review Letters .

Source: Berkeley Lab