La conductividad térmica del grafeno es extraordinariamente alta y cambia con la temperatura.
A diferencia de los materiales metálicos típicos, la conductividad térmica del grafeno supera a la de metales como el hierro, el plomo y el acero.
Inicialmente, aumenta con la temperatura antes de disminuir.
Este comportamiento se debe al movimiento energético de las moléculas calentadas dentro del grafeno, que mejora la conducción del calor a través de su estructura.
¿Cuál es la conductividad térmica del grafeno con la temperatura? (4 puntos clave)
1. Aumento inicial de la conductividad térmica con la temperatura
El grafeno, una forma de carbono con una estructura muy ordenada, muestra una conductividad térmica excepcional debido a sus fuertes enlaces covalentes y a sus electrones en movimiento libre.
A temperaturas bajas, la conductividad térmica del grafeno aumenta a medida que sube la temperatura.
Esto ocurre porque el aumento de la energía térmica excita los electrones y fonones (modos cuantizados de energía vibracional), aumentando su movilidad y la velocidad de transferencia de calor.
2. Disminución de la conductividad térmica a temperaturas más altas
A medida que aumenta la temperatura, la conductividad térmica del grafeno empieza a disminuir.
Esto se debe a una mayor dispersión de los fonones a temperaturas más altas, lo que interrumpe su flujo y reduce su contribución a la conductividad térmica.
A temperaturas muy elevadas, la densidad y la porosidad del material también pueden afectar a la eficacia de la transferencia de calor.
3. Naturaleza anisótropa del grafeno
El grafeno es un material anisótropo, lo que significa que sus propiedades térmicas pueden variar en función de la dirección del flujo de calor.
Esta anisotropía puede dar lugar a diferentes valores de conductividad térmica en función de la orientación de las capas de grafeno.
Se trata de un factor crítico en aplicaciones en las que la gestión del calor es crucial.
4. Observaciones experimentales
El grafeno se utiliza en dispositivos termocrómicos, en los que sus propiedades térmicas se pueden modular eléctricamente.
Esta modulación es evidente en los cambios de color observados en las tiras termocrómicas cuando se aplica voltaje, lo que indica un cambio de temperatura.
Esto demuestra el potencial del grafeno en aplicaciones de sensores, donde su conductividad puede ajustarse dinámicamente.
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