تتميز الموصلية الحرارية للجرافين بارتفاع ملحوظ وتختلف مع درجة الحرارة. وخلافاً للمواد المعدنية العامة، يمكن أن تتجاوز الموصلية الحرارية للجرافين تلك الخاصة بالمعادن مثل الحديد والرصاص والفولاذ، وتزداد في البداية مع درجة الحرارة قبل أن تنخفض. ويتأثر هذا السلوك بالحركة النشطة للجزيئات المسخنة داخل الجرافين، مما يعزز التوصيل الحراري عبر بنيته.
الشرح التفصيلي:
-
الزيادة الأولية في التوصيلية الحرارية مع درجة الحرارة:
-
يُظهر الجرافين، كونه شكلاً من أشكال الكربون ذو بنية عالية الترتيب، توصيلية حرارية استثنائية بسبب روابطه التساهمية القوية وقدرة إلكتروناته على الحركة بحرية. في درجات الحرارة المنخفضة، تزداد الموصلية الحرارية للجرافين مع ارتفاع درجة الحرارة. ويرجع ذلك إلى أن الطاقة الحرارية المتزايدة تثير الإلكترونات والفونونات (الأنماط الكمّية للطاقة الاهتزازية)، ما يعزز حركتها وبالتالي معدل انتقال الحرارة.انخفاض في الموصلية الحرارية عند درجات حرارة أعلى:
-
مع استمرار ارتفاع درجة الحرارة، تبدأ الموصلية الحرارية للجرافين في الانخفاض. ويُعزى ذلك إلى زيادة تشتت الفونونات عند درجات الحرارة المرتفعة، مما يعطل تدفقها ويقلل من مساهمتها في التوصيل الحراري. بالإضافة إلى ذلك، في درجات الحرارة المرتفعة جدًا، يمكن أن تتأثر الموصلية الحرارية بكثافة المادة ومساميتها، مما قد يؤثر على كفاءة نقل الحرارة.
-
الطبيعة متباينة الخواص للجرافين:
الجرافين هو مادة متباينة الخواص مما يعني أن خواصه الحرارية يمكن أن تختلف تبعًا لاتجاه تدفق الحرارة. يمكن أن يؤدي هذا التباين في الخواص إلى قيم توصيل حراري مختلفة اعتمادًا على اتجاه طبقات الجرافين، وهو عامل حاسم في التطبيقات التي تكون فيها إدارة الحرارة أمرًا بالغ الأهمية.
الملاحظات التجريبية:
