A condutividade térmica do grafeno é extremamente elevada e varia com a temperatura.
Ao contrário dos materiais metálicos típicos, a condutividade térmica do grafeno ultrapassa a de metais como o ferro, o chumbo e o aço.
Inicialmente, aumenta com a temperatura antes de diminuir.
Este comportamento é impulsionado pelo movimento energético das moléculas aquecidas dentro do grafeno, que aumenta a condução de calor através da sua estrutura.
Qual é a Condutividade Térmica do Grafeno com a Temperatura? (4 pontos-chave)
1. Aumento inicial da condutividade térmica com a temperatura
O grafeno, uma forma de carbono com uma estrutura altamente ordenada, apresenta uma condutividade térmica excecional devido às suas fortes ligações covalentes e aos electrões em movimento livre.
A temperaturas mais baixas, a condutividade térmica do grafeno aumenta com o aumento da temperatura.
Isto acontece porque o aumento da energia térmica excita os electrões e os fónons (modos quantizados de energia vibracional), aumentando a sua mobilidade e a taxa de transferência de calor.
2. Diminuição da condutividade térmica a temperaturas mais elevadas
À medida que a temperatura continua a aumentar, a condutividade térmica do grafeno começa a diminuir.
Isto deve-se ao aumento da dispersão dos fónons a temperaturas mais elevadas, o que perturba o seu fluxo e reduz a sua contribuição para a condutividade térmica.
A temperaturas muito elevadas, a densidade e a porosidade do material podem também afetar a eficiência da transferência de calor.
3. Natureza anisotrópica do grafeno
O grafeno é um material anisotrópico, o que significa que as suas propriedades térmicas podem variar consoante a direção do fluxo de calor.
Esta anisotropia pode conduzir a diferentes valores de condutividade térmica, dependendo da orientação das camadas de grafeno.
Este é um fator crítico em aplicações em que a gestão do calor é crucial.
4. Observações experimentais
O grafeno é utilizado em dispositivos termocrómicos, onde as suas propriedades térmicas podem ser moduladas eletricamente.
Esta modulação é evidente nas mudanças de cor observadas nas tiras termocrómicas quando é aplicada uma tensão, indicando uma mudança de temperatura.
Isto demonstra o potencial do grafeno em aplicações de sensores, onde a sua condutividade pode ser ajustada dinamicamente.
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