Laagje grafeen bruikbaar gemaakt voor koeling elektronica

Een groep wetenschappers heeft met succes een manier gevonden om laagjes grafeen te gebruiken voor de koeling van elektronica. De warmtegeleiding is vier keer beter dan die van koper en de laagjes kunnen gemakkelijk aangebracht worden op chips.

Uit onderzoek van de Chalmers University of Technology blijkt dat laagjes grafeen als vervanging kunnen dienen van meer traditionele koelingsmethoden. Alhoewel al eerder bekend was dat dit mogelijk is, moesten er nog verscheidene problemen worden overwonnen om het ook daadwerkelijk in de praktijk te kunnen brengen. Specifiek zorgden de wetenschappers ervoor dat zij hun laagjes grafeen konden laten 'plakken' op silicium, ofwel het materiaal waarmee chips worden gemaakt.

Eerder was het namelijk alleen met hele dunne laagjes grafeen mogelijk om een verbinding aan te gaan met het silicium. Dat kwam omdat de verbindingen tot stand werden gebracht met Vanderwaalsbindingen, een relatief zwakke verbinding tussen moleculen. De wetenschappers van Chalmers zijn er echter in geslaagd om het grafeen aan silicium te laten binden door middel van covalente bindingen: dat zijn verbindingen tussen atomen waarbij er een gemeenschappelijk elektronenpaar bestaat, en dergelijke connecties zijn veel sterker. Om covalente bindingen te krijgen werden moleculen (3-aminopropyl)triethoxysilaan aan het grafeen toegevoegd.

Door het aangaan van covalente bindingen kan het aangebrachte laagje grafeen dus veel dikker zijn dan voorheen mogelijk was. Daardoor kan het dus ook grotere hoeveelheden warmte wegleiden van de chip, en dat maakt het weer aantrekkelijker om grafeen ook daadwerkelijk als koelpasta in te zetten in de praktijk. De onderzoekers lieten zien dat hun methode zorgt voor een koelcapaciteit van vier keer die van koper. Of en wanneer fabrikanten gebruik gaan maken van laagjes grafeen voor koeling van elektronica is niet duidelijk.

Reacties (71)

Vanwege de schijnbaar oneindige mogelijkheden van grafeen hoop ik maar dat er verstandig mee wordt omgesprongen. Als het eenmaal zover is zal het ook in het milieu terechtkomen. Bij inademing is het gevaarlijker dan asbest.

Zover ik weet is er nog maar weinig bekend over nanotoxicity.

Dus uw claim Dat grafeen bij inademing gevaarlijker is dan asbest lijkt uit de lucht gegrepen. In dat artikel spreken ze zelfs niet van Asbest !?? Waakzaamheid is wel te claimen:

Ze spreken van 'Toxic potential.' Met wandere woorden, we moeten voorzichtig zijn maar de gevolgend zijn nog onbekend en worden nog onderzocht.

Het belangrijkste wat je moet weten:

raising concerns
"A recent expert study has suggested graphene might have dangerous side effects, raising obvious concerns amongst the insurance industry."

verontrustende 'Aerodynamic propperties'
Researchers have discovered that graphene oxide, created when the material is exposed to air, moves easily through bodies of water. They are concerned with the ease in which graphene could find its way into the human body.

Waakzaamheid inbouwen
Therefore, for all the potential advancements graphene could bring, we urge caution. To avoid the human and financial repercussions of another asbestos, we need to have a thorough understanding of graphene's properties."]Therefore, for all the potential advancements graphene could bring, we urge caution. To avoid the human and financial repercussions of another asbestos, we need to have a thorough understanding of graphene's properties.

het kan dus binnendringen in celwanden
Electron microscope images confirmed that graphene entered the cells starting at rough edges and corners. The experiments showed that even fairly large graphene sheets of up to 10 micrometers could be completely internalized by a cell..

effecten binnendringen cellwand onbekend
"From here, the researchers will look in more detail into what happens once a graphene sheet gets inside the cell. But Kane says this initial study provides an important start in understanding the potential for graphene toxicity."]From here, the researchers will look in more detail into what happens once a graphene sheet gets inside the cell. But Kane says this initial study provides an important start in understanding the potential for graphene toxicity.

Edit: link bronnen

[Reactie gewijzigd door Coolstart op 12 juli 2015 13:45]

Maar worden die grafeenstukken, buckyballs en carbon nanotubes niet ook gevormd in het vlammetje van een kaars? link

En als dat zo zou zijn, dan zou dat spul niet veel gevaarlijker zijn dan in de buurt zijn van een brandende kaars...

Grafiet is niet hetzelfde als dit grafeen.

[Reactie gewijzigd door hardwareaddict op 14 juli 2015 00:13]

@coolstart: "Toxic potential"

DDT wordt bijvoorbeeld "possible carcinogen" bestempeld.

Met andere woorden in de medische classificatie staat zelfs voor het smerigste spul nog het woord 'potential".

Dus ik lees dat als TOXIC.

Dat zal echter de wetenschap niet stoppen het goedje te gebruiken. Ik denk aan koelen van telescopen bovenop een berg etc.

Artikel heeft het over nanopalets, dit zijn kleine deeltjes en geen grote vlakken waarover het artikel gaat.

Vergelijking met asbest gaat mijn inziens niet op.

In principe is het sowieso oppassen met deeltjes in de nanoschaal, deze kunnen diep in de longen doordringen en eventueel ontstekingen veroorzaken wat kan resulteren in kanker.

Edit aanvulling en typo

[Reactie gewijzigd door AeoN909 op 12 juli 2015 11:14]

De vergelijking met asbest gaat wel degelijk, asbest is ook niet schadelijk zolang het maar niet vrijkomt.

Voor nano-koolstof buisjes geld hetzelfde (hier gaat het dan om nano-laagje grafeen), deze zitten in principe in een beschermende omhulsel, maar zodra deze openbreekt komen de deeltjes vrij en is dus vergelijkbaar zijn met asbest omdat vooral het inademen van deze deeltjes een gevaar is.

Ik denk echter dat het vrijkomen van kleine deeltjes in dit geval voor een laag grafeen wel redelijk ingeperkt kan worden met een beschermende laag eromheen. Ik denk dan vooral voor het gebruik in printplaten, die je over het algemeen niet breekt, het zal wel problemen opleveren voor het recyclen.

[Reactie gewijzigd door fevenhuis op 12 juli 2015 16:57]

wat gebeurt er met verbranding van deze materialen? hoe valt dat uit een.
Einde levens cyclus van componenten is mijns inziens zwaar onderbelicht.

Ze hebben de grootte gemeten zo'n 25 micrometer van wat airborne ingeademd kan worden en dat wordt als giftig bestempeld.

Dat is een enorm harde uitspraak als je je realiseert hoe voorzichtig men op andere terreinen was toe te geven dat iets allerlei nare side effects had.

Oh, dat is leuk, je CPU koeler vervangen en - bam.

Het is niet bedoeld dat je je CPU likt om het te verkoelen.

Asbest hoef je ook niet te likken om er aan dood te gaan.

Dat spul zou dan maar vrij komen wanneer je je laptop laat vallen. Of, zoals vaak bij asbest het geval is, je computerkamertje in de fik vliegt.

Als je met asbest in aanraking komt krijg je ook niet meteen kanker, er is alleen een verhoogd risico.

En in tegenstelling tot asbest is het een klein laagje op je cpu, en zitten je muren en plafond er niet mee vol, in geval je kamer in de fik vliegt.

Al zou alles in je PC ervan gemaakt zijn, het zou geen vergelijk zijn.

Het aantal potentiële toepassingen reikt veel verder dan alleen voor PC's, de beloftes zijn zo groot dat het straks overal zal worden gebruikt. En dat is de overeenkomst met asbest, het "wondermateriaal" van vroeger.

Je kan niet serieus geloven dat gezien de kennis die de knappe koppen die hiermee bezig zijn hebben er zich weer een asbest scenario zal voordoen.

Een ezel stoot zich niet twee keer aan dezelfde steen? Dat zou je denken, maar zodra de knappe koppen klaar zijn gaan de financiële jongens er mee aan de haal. Het is even moeilijk te geloven dat er tegenwoordig nog mensen zijn die een sigaret opsteken.

[Reactie gewijzigd door torp op 12 juli 2015 16:19]

Sigaretten zijn verslaving, een heel ander onderwerp.

De financiële jongens zullen zich niet open willen stellen voor de financiële strop die het is om aansprakelijk te zijn voor asbest-achtige schoonmaak praktijken.

Dat, en aangezien het hier vooraf bekend is zal er meer overzicht toepassingen zijn waar dit in gebruikt mag worden.

Dit alles is natuurlijk als inderdaad blijkt dat het zo schadelijk is als sommigen claimen, dat moet ook nog maar blijken.

Ik merk het wel, jij bent een optimist.

Overigens kun je toch moeilijk beweren dat mensen die nu beginnen met roken, niet van de schadelijke effecten op de hoogte waren.

[Reactie gewijzigd door torp op 12 juli 2015 16:36]

Gezien de vele manieren waarop de wereld naar de knoppen kan tegenwoordig, maar ook de vele manieren waarop de boel gered kan worden, moet je een beetje optimist zijn, anders wordt je gek en / of depressief.

Klopt, dat soort mensen zijn ook niet heel.... verstandig, ja, verstandig, laten we het daar op houden.

Die financiële jongens zijn al lang weg voor het tot een strop komt. De sigaretten industrie en de olie industrie laten zien hoe je bewijs makkelijk 20 jaar of langer ongeloofwaardig kan maken... En in die tijd zijn moderne top managers al 10 bedrijven verder. Daarbij - ze zijn toch niet persoonlijk aansprakelijk, vooral in de US is een bedrijf een persoon - maar alleen als het uitkomt.

Je noemt voorbeelden van industrieën die opkwamen toen nare effecten niet van tevoren bekend waren, en pas veel later aan het licht kwamen, die zijn daarom niet vergelijkbaar, naar mijn mening.

Helemaal mee eens. Gezien de artikelen waarin al de eerste onderzoeken staan naar de mogelijke schadelijke gevolgen hoop ik dat ze afzien van toepassingen die gevaarlijk zijn voor de gezondheid.
De tegenhanger is dat ik mij nog steeds verbaas over de hoeveelheid (recente) doofpotten en schandalen die bestaan.
Dus als een wetenschapper schreeuwt dat de kans op kanker vele malen groter wordt bij gebruik terwijl er miljarden mee verdiend kunnen worden moet ik nog zien naar welk poolstation die wetenschapper overgeplaatst wordt.

Een soortgelijk iets zijn de microbeads, die in bijvoorbeeld tandpasta en shampoo zitten. Die bestaan nog niet zo lang, maar vervuilen wel het milieu.

Bij ons op zolder zitten nog oude verwarmingsbuizen van wat ooit een centraal blokverwarmingssysteem was. Onze woningbouw vereniging verdomt het om ze te verwijderen, omdat er volgens mij een asbest omwikkeling omheen zit (voor de warmte isolatie).

Hier kun je zien hoe dat spul eruit ziet: http://www.klusidee.nl/Forum/userpix/102328_DSC04904_1.jpg

totaal off-topic, maar ter geruststelling: dat zijn houtsnippers met een gips omhulsel als je het mij vraagt...

Als dat inderdaad zo is, dan rijst nog steeds de vraag waarom de woningbouw het dan niet gewoon verwijderd heeft tijdens onze renovatie destijds... want er was ook een asbest saneringsbedrijf aanwezig (even ervan uitgaande dat dit dus wel asbest is).

Ik denk om kosten te drukken, 'kan geen kwaad, zit niemand in de weg, dus laat maar zitten'.

Ik heb dit soort isolatie vaker gezien in oude gebouwen, is gewoon een voorloper van die foam-buisjes die men tegenwoordig gebruikt. Zou me wel kunnen voorstellen dat de houtsnippers wellicht geimpregneerd zijn met een brandwerend middel, maar asbest lijkt het me zeker niet.

Als ze destijds al wisten dat het asbest was zou het misdadig zijn als het toch is blijven hangenin die conditie als op het plaatje; verkruimelend. En waarom zouden ze het dan laten zitten als er al een saneringsbedrijf bij was?

Als dit asbest zou zijn, dan waren alle alarmbellen wel afgegaan. Intact is asbest namelijk niet zo'n probleem, maar zodra het gaat brokkelen is het een heel andere zaak.

Je krijgt inderdaad niet meteen kanker van asbest, het heeft een incubatietijd van zo'n 20 à 40 jaar. Dat betekent vooral dat we de impact van onze nieuwe koeler pas na 20 jaar beginnen opmerken en dus véél te laat zijn om er nog iets aan te doen dan...

Met niet meteen bedoelde ik dat de kans dat je kanker krijgt aanwezig is, maar niet enorm groot, er wordt zo'n heibel gemaakt omdat de kans groter is, maar je moet veel over lange tijd hebben binnengekregen om een serieus grote kans te hebben, vooral opruim crews bijvoorbeeld.

Het idee dat er zich weer een asbest scenario voordoet, ook al gaat dit spul breed ingezet worden, is gezien de kennis die er vooraf over is simpelweg niet realistisch.

"nog gevaarlijker dan asbest" is een manier om gebruik/misbruik te maken van beeldvorming die mensen hebben. Het is zoiets als " nog viezer dan een wc-bril" of " nog gevaarlijker dan bungeejumpen". Het zegt niets als je niets weet over waar het vergeleken wordt. Hoe schadelijk is asbest?
Mensen denken het te weten. Dit maakt deze methode van informatieverstrekking zeer manipulatief.

Voor zover ik op internet kan vinden is grafeen puur koolstof
Iets waar ons lichaam ook uit bestaat
Zodat ons lichaam het mijn inziens veilig kan opnemen in tegenstelling tot asbest...
Maar ja er staat zoveel op internet

Voor zover ik op internet kan vinden is grafeen puur koolstof

Klopt als je het over de atomen hebt. Het is een soort van rasterstructuur van allemaal koolstofatomen.

Link naar plaatje:
http://core0.staticworld....ucture-100263091-orig.png

Iets waar ons lichaam ook uit bestaat

Ja, ons lichaam bestaat uit allemaal stoffen die voornamelijk opgebouwd zijn uit de atomen koolstof, zuurstof, waterstof, stikstof en zwavel.

Zodat ons lichaam het mijn inziens veilig kan opnemen in tegenstelling tot asbest...

Sorry, maar jouw inziens KAN een beetje fout zijn. Stel ik heb twee stoffen met dezelfde atomen, maar ze hebben beide een andere vorm, wat is het verschil tussen deze stoffen?
Aan jouw reactie te lezen antwoordt je met "geen verschil".
De structuur van een molecuul is erg bepalend welke eigenschappen het stofje heeft. Een voorbeeld is isomerie. Een rechtsdraaiend melkzuur molecuul wordt beter opgenomen dan een linksdraaiend molecuul. (Ja, uiteindelijk doen ze hetzelfde, maar er zit wel verschil in )
Bron:
https://nl.wikipedia.org/wiki/Melkzuur

Ook heb je stoffen die je giftig kan noemen die bestaan uit atomen die ook in je lichaam voorkomen. Zwavelzuur (ook wel H2SO4-) is wel een leuk en bekend voorbeeld, waterstof (H) komt in je lichaam voor en zuurstof (O) en zwavel (S) ook, maar giftig. Koolstofmono-oxide (CO) is ook giftig, maar bestaat ook uit atomen die in je lichaam voorkomen.

Het punt is dat niet alle stoffen die uit atomen bestaan die in je lichaam voorkomen veilig zijn.
Daarom moet hier ook onderzoek naar gedaan worden. Ja, het KAN dus zijn dat je lichaam het opneemt en dat er niets ernstigs gebeurt, maar je KAN erdoor ook de volgende dag in een kist liggen.

Edit: plaatje gefixed

[Reactie gewijzigd door Lange-199 op 12 juli 2015 22:36]

Veel simpeler ... Water drinken we allemaal. Maar ik kan je toch echt niet aanraden om waterstof te drinken.

Maar waterstof kan je niet drinken, in normale omstandigheden dan , maar wel inademen. Waterstof is op kamertempertuur een gas. Hoewel het zelf niet schadelijk is, kunnen reacties daar wel voor zorgen.

Link:
http://waterstof.webklik.nl/page/eigenschappen-van-waterstof

Vloeibaar waterstof is daarentegen erg lastig vloeibaar te houden, dus dit is niet echt haalbaar.

Link:
https://nl.wikipedia.org/wiki/Vloeibaar_waterstof

Punt blijft, dat je een stof kan innemen in een bepaalde atoom opstelling, wil niet betekenen dat je die stof ook straffeloos in een andere opstelling kan innemen.

Dat die stof dan praktisch in te nemen of niet, is puur hypothetisch en waarschijnlijk een slecht voorbeeld

Diamant is ook puur koolstof, wat onder hoge druk is samengeperst. Wat wil je nu precies zeggen...?

De toepassingen van grafeen lijken eindeloos, maar hoe staat het ondertussen met de productie ervan? Volgens mij is er nog steeds geen schaalbaar proces om het in grote hoeveelheden (oppervlaktes) te produceren?

Het kan erg lang duren voordat een uitvinding in het laboratorium ook echt schaalbaar geproduceerd kan worden. Quantum dots bijvoorbeeld zijn nu pas inzetbaar, terwijl ze al meer dan 20 jaar in laboratoria geproduceerd werden.

Dat komt vanzelf. Zodra er meer manieren zijn waarop grafeen daadwerkelijk gebruikt / toegepast kan worden zal de industrie gaan investeren om zo de productie van grafeen te verhogen.

Het is een to good to Be true scenario waar veel geld in gestoken moet worden. Zodra er resultaten / toepassingen zijn zal men stoppen met de kat uit de boom te kijken.

Het is super giftig wordt gezegd en slecht voor het milieu. Hoe wordt dit 'gedolven' eigenlijk?

Zit gewoon in je potlood, hoeveel mensen hebben op school wel geen potlood opgeknaagd?

Het komt vrij uit een kaarsvlam samen met carbon nanotubes .

Koolstof zoals in een potlood is niet erg giftig. (tenzij je er een kilo van eet of zoiets)
Microscopische grafeenvezels/kristallen zijn in kleine hoeveelheden al wel giftig omdat die kleine sterke koolstofstructuren cellen in bijvoorbeeld je longen kunnen beschadigen.
Op celniveau is het dan alsof een cel bestookt wordt met scheermesjes van grafeen

Klinkt super. Fijn spul dus. Topontwikkeling.

Het is minder ernstig dan je denkt.
Bij bijvoorbeeld toepassing in batterijen of in chips zullen de grafeendelen niet in grote hoeveelheden in de open lucht tevoorschijn komen. Sowieso gebruik je bij toepassing van grafeen veel minder materiaal (grammen) dan bij bijvoorbeeld asbest.
Het gevaar is dus veel minder dan bij asbest omdat asbest tientallen jaren in enorme grote hoeveelheiden werd verwerkt als bouwmateriaal en bij die bouw maar vooral sloop werkzaamheden kwamen er veel shcadelijke vezels vrij.
Zelfs als alle batterijen in de wereld van grafeen zijn dan is er nog veel minder grafeen dan asbest gebruikt.
En bij het recyclen van batteijen zal het makkelijk zijn om eventuele grafeendeeltjes te filteren zoals we nu ook zware metalen als lood bij het recyclen van batterijen goed uit het milieu weg kunnen houden.
Batterijen hebben een lange history van giftigheid met lood en cadmium.
En lithium ion heeft juist bij het delven in zoutvlaktes ook weer negatieve impact.
Grafeen zou mits enigzins goed verwerkt bij recyclen hopelijk toch minder milieu problemen moeten kunnen opleveren dan andere huidige batterij technologieen.

Hmm ok. Dat relativeert. Wel is het zo dat ze het volgens mij in onder andere koelpasta willen verwerken. Dat lijkt me toch wat risicovoller (als je het op je handen krijgt bijvoorbeeld).

Dat is dus grafiet, niet te verwarren met grafeen. Wat grafeen dan wel is, vind je hier: https://nl.wikipedia.org/wiki/Grafeen

Zou de vergelijking met een potlood het gevaar bagatelliseren of juist erger maken?

vergelijking slaat nergens op, want het is ander soort materiaal.

Dat zal over een tijdje dus wel op het plaatje zitten waar de mooie after market CPU coolers je CPU aanraken.
Geen eens pasta meer nodig.

Dat kan niet, omdat je direct op het silicium moet zitten. Chips worden altijd afgeschermd, omdat het silicium veel te kwetsbaar is. Dat betekent wel dat de warmte eerst door de afscherming heen moet, als die afscherming nu van grafeen gemaakt kan worden dan gaat de warmte veel makkelijker van de chip naar de koeler.

En heb je in het meest ideale geval misschien zelfs geen koeler meer nodig... iets wat HMC ook min of meer probeerde te zeggen als je het mij vraagt.

Als men spreekt over meerlaags grafeen, zegt men dan niet gewoon grafiet? Waarom werkt dit beter dan gewoon een potlood op je cpu plakken?

structuur is anders.

Grafeen is per definitie maar 1 atoom dik, waarom staat er in het artikel dan:

Eerder was het namelijk alleen met hele dunne laagjes grafeen mogelijk om een verbinding aan te gaan met het silicium.

Blijkbaar waren er dus in het begin meerdere laagjes nodig van meerdere atomen dik...

Het grote verschil tussen de inzet van grafeen en asbest is; bij asbest wisten we nagenoeg niets van de nadelen vantevoren en werd het door Jan en Alleman zonder enige kennis van zaken te kust en te keur ingezet. Bij verwijdering kwam het dan ook in grote hoeveelheden vrij.

Simpelste oplossing voor Grafeen lijkt mij het te verpakken in een beschermlaagje / coating.

Grootste voordelen wat ik zie bij het gebruik van grafeen; lichter, goedkoper, effectiever.

We wachten het af

Veel handiger dan is het te verbieden voor onnozele toepassingen, behalve op plekken waar het echt nuttig is en waar de giftigheid van het materiaal van ondergeschikt belang is aan de eigenschappen.

Hierbij denk ik aan een ding: Gekoelde Smartphones

Je telefoon wordt er echt niet koeler van. Sterker nog hij zal warmer aanvoelen omdat de warmte sneller door de hele telefoon gaat. Totale warmte blijft het zelfde.

Het is juist precies andersom. Bij betere koeling zal de (kern van de) telefoon wél koeler worden, maar over het geheel voelt hij precies even warm aan.

De temperatuur van de telefoon stabiliseert op het moment dat de warmteproductie gelijk is aan de warmteafvoer. Dus zolang de telefoon even veel warmte blijft produceren, wordt er altijd uiteindelijk evenveel warmte afgevoerd, onafhankelijk van koelsysteem. Wel zorgt een efficiëntere koeling dat hiervoor een kleiner warmteverschil nodig is, en dat die evenwichtssituatie dus bij een lagere temperatuur al wordt bereikt.

Hij zal inderdaad warmer aanvoelen over het geheel maar je zult niet meer van die hete plekken hebben.

Ik bedoelde meer in de zin van als je langere tijd een filmpje kijkt, dan begin je op bepaalde plekken warmte te voelen. Een laagje grafeen zou de warmte kunnen spreiden en zo voor een fijner gebruik zorgen denk ik.

Waarom wordt dit nu weer gedownmod?

Ben dan wel benieuwd hoeveel goedkoper het is om koeling te doen middels grafeen als met koper....

Gaat veel te duur voor normale huis en tuinproducten zijn natuurlijk.

Opmerking: gros van de huidige pc heatsinks is voor groot deel van aluminium en enkel de heatpipes zijn hooguit van koper.

Dit waar koper echt SPOTGOEDKOOP is vergeleken met wat grafeen gaat kosten als het in massa geproduceerd wordt...

Maar op plekken waar GEWICHT een cruciale rol speelt en de prijs van het materiaal van ondergeschikt belang is, daar kan het interessant zijn.

Als het harder is dan diamant en sterker dan zo'n beetje alles wat we kennen en het beter koelt, dan gaat het natuurlijk niet goedkoop zijn.

Uiteindelijk hoeft grafeen natuurlijk helemaal niet duur te zijn, zeker niet bij massa productie, maar zover zijn we nog lang niet en zal het in het begin dus waarschijnlijk reteduur zijn..

hehe ik dacht dat er een laagje grafsteen stond