日本Anritsu發現石墨烯(Graphene)一項有別於既有認知的熱傳導特性,即石墨烯被製成奈米尺度的網狀結構時,熱傳導率會隨著微細化反而提升。此結果顛覆一般「結構越細、熱傳導率越低」的傳統認知,顯示可透過結構設計,以全新機制調整熱流動作。石墨烯由碳原子以蜂巢狀排列形成,厚度僅單一原子層,具有輕量、高強度及高柔軟性,且因結晶性高,熱傳導率約達銀的10倍,被視為電子元件散熱的重要候選材料。Anritsu的研究係透過在石墨烯中導入奈米級規則網狀結構,嘗試實現熱傳導特性的工程化控制。
一般而言,材料在微細化後會因邊界散射增加而降低熱傳導能力,帶狀石墨烯亦呈現寬度越窄、導熱越差的趨勢。然而,Anritsu的研究顯示,網狀奈米結構的石墨烯在尺寸縮小時反而提升熱傳導率。其原因可能在於熱流以類波動形式在網狀結構中相互疊加並產生增強效應。過去類似現象僅在接近絕對零度(-273℃)的極低溫條件下觀察到,此次則首次在室溫下獲得驗證。此外,由於石墨烯的熱傳導率會隨結構尺寸與形貌改變,若在同一元件內對不同區域進行結構設計,將有機會實現熱流方向與分佈的精準控制。Anritsu指出,石墨烯不僅能有效散熱,更具備調控熱流方向的潛力,對於先進熱管理技術具有重要意義。
此一突破預期可推動石墨烯在次世代電子、能源、通訊及醫療等領域的應用發展,開啟以結構設計主導熱傳導特性的材料工程新方向。