注目の炭素素材「グラフェン」の新たな熱伝導率特性を発見

安立公司（社長 濱田 宏一）發現，奈米尺度的網狀石墨烯在室溫下展現出與過往常識不同的熱傳導率特性。此項發現由安立公司先端技術研究所（以下簡稱先端研）所達成，彙整本研究成果的論文已刊登於國際科學期刊《2D Materials》。

https://doi.org/10.1088/2053-1583/ae525a

智慧型手機、5G 設備及個人電腦等產品在追求小型化與高效能的同時，也面臨內部容易積熱的課題。因此，散熱技術對於未來電子設備的進化不可或缺。石墨烯因具備能有效導熱、極薄、輕量且易於彎曲的特性，作為散熱材料備受矚目。

此次發現不僅證實了其在散熱方面的潛力，在控制熱量傳導方向的熱管理應用上也極具前景。這些特性預期將應用於次世代電子產品、能源、通訊、醫療等各領域的發展。

關於石墨烯

石墨烯是由碳原子以蜂巢狀結構結合而成的薄片。作為鉛筆芯原料的石墨，即是由石墨烯層層堆疊而成。由於厚度僅有一個原子，因此極其輕薄，並同時具備極高的強度與柔軟性。

此外，由於其結晶性高，已知具有極佳的導熱性能。例如，在金屬中銀的熱傳導率最為優異，而石墨烯的熱傳導率則高出其約 10 倍。

網狀石墨烯的機制

本研究嘗試在石墨烯上以奈米[※]這種極微小的尺度製作規則結構，藉此控制其熱傳導率特性。

通常情況下，結構微細化會導致熱傳導率降低。實際上，帶狀石墨烯的寬度越窄，熱量就越難傳導。

另一方面，研究發現網狀石墨烯透過微細化，熱傳導率反而會增加。這被認為是透過網狀微細化，使得熱流如同波一般重疊並相互增強的結果。此類現象過去僅能在接近 -273℃ 的極低溫下觀察到，能在室溫下獲得證實是一項重大成果。

同時，研究也顯示透過調整石墨烯的寬度即可改變熱傳導率，因此藉由在石墨烯元件內部的不同位置改變結構，將有可能實現對熱流的控制。

應用此項技術，預期將能設計出基於全新機制的熱流控制系統。

圖：(a) 網狀石墨烯與 (b) 帶狀石墨烯的模式圖。(c) 在網狀石墨烯中，傳導熱量的波重疊並相互增強，推測這是熱傳導率增加的原因。

[※]奈米（nm）是表示 1 公尺（m）的 10 億分之一的長度單位。頭髮的粗細約為 0.1 mm，而 1 nm 則是其 10 萬分之一的大小。