Koele en zuinige elektronica dankzij supermateriaal grafeen

Wij zouden er niet van verschieten als de computer van de toekomst voor 99% uit grafeen bestaat. Hoe meer wetenschappers het materiaal onderzoeken, hoe meer nuttige toepassingen aan het licht komen. De recentste toepassing  van grafeen heeft te maken met het koelen van microchips.

Koeling is dezer dagen een probleem: hoe krachtiger de chip, hoe warmer hij wordt waardoor een goede koeling onontbeerlijk is. Koelen kost elektriciteit. Volgens een Amerikaans onderzoek gaat de helft van de energie die een verzameling computerservers nodig heeft naar de koeling van de onderdelen.

Hordes

Dat kan beter dacht professor Johan Liu van de technologische universiteit van Chalmers in Zweden, nabij Gotheburg. Hij deed samen met zijn team onderzoek naar het gebruik van grafeen als warmtegeleider. Enkele jaren geleden demonstreerde Liu al dat grafeen het potentieel heeft om silicaat te koelen maar tussen theorie en praktijk stonden nog enkele hordes.

De moeilijkste barrière: om efficiënt te koelen moet elektronica omringt worden door meerdere laagjes grafeen, en die blijven niet zomaar aan elkaar plakken. Het grafeen plakt door de erg zwakke vanderwaalskrachten. Dat is een vorm van elektromagnetische kracht tussen atomen en moleculen, ontdekt niet door een Franssprekende Belg maar door een Nederlander. De kracht volstaat niet om meerdere langen grafeen aan de elektronica te laten plakken.

Lijm

Liu had een alternatief nodig voor de vanderwaalskracht en die vond hij door triethoxysilaanmoleculen aan het materiaal toe te voegen. Dat meldt de universiteit in een persbericht. Daardoor krijgt het grafeen andere eigenschappen. Het gaat zogenaamde silaanbanden aan waardoor het wel blijft plakken. Silaan wordt al geruime tijd gebruikt om bepaalde materialen aan elkaar te hechten en door de eigenschappen er van aan het grafeen toe te voegen slaagt Liu er in om de zwakke vanderwaalskracht buiten spel te zetten.

Het resultaat: dikkere lagen grafeen kunnen aan elektronica blijven plakken. Een film van 20 micrometer dik volstaat voor een thermische geleiding die vier keer hoger ligt dan wat koper kan bieden (1600 W/mk voor de liefhebbers). Professor Liu ziet grafeen in de toekomst geïntegreerd worden in alles van efficiënte LED’s en lasers tot computerelektronica. De servers van morgen kunnen daardoor hun hitte veel eenvoudiger kwijt, wat een serieuze drukking in koelingskosten zal inhouden maar het ook mogelijk maakt om onderdelen in bijvoorbeeld dunne smartphones intensiever te laten zwoegen voor ze overhitten.

Zoals meestal bij wetenschappelijke doorbraken moeten we echter nog niet meteen een toepassing verwachten. Als grafeenkoeling iets wordt, zal je de eerste producten pas binnen enkele jaren zien verschijnen.