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실리콘 지지와 뜬 그래핀 나노메쉬 내 포논 산란 특성의 정량적 연구
진재식(Jae Sik Jin) 대한기계학회 2019 大韓機械學會論文集B Vol.43 No.3
본 연구는 포논(phonon) 평균자유행로(mean free path, MFP) 스펙트럼(spectrum) 분포 별 열전도 기여도를 이용하여, 실리콘(Si) 기질로 지지된 그래핀 나노메쉬(Si-GNM) 내 포논 산란 특성을 살폈다. 그래핀 나노메쉬(GNM) 내 포논 MFP에 대한 현상학적 접근(phenomenological approach)을 이용하여, Si-GNM와 뜬(suspended) GNM(Sus-GNM) 내 복잡한 포논 산란(scattering) 정도(n)를 표현할 수 있는 간단한 함수를 도입하고, 기존 연구에서 제시하지 못한 다공도(porosity, Ø) 증가에 따라 Si-GNM이 Sus-GNM 경우 보다 열전도율 억제 효과가 작아짐을 정량적으로 설명했다. 즉, 1.52%≤ Ø ≤ 9% 범위에서 Ø 가 커지면서 nsup/nsus=2.81에서 2.37로 감소함을 보였다. 본 연구 방법은 향후 GNM 기반 시스템에 대한 열 관리 및 열 제어 연구에 활용될 수 있다. In this study, the phonon scattering of a graphene nanomesh (Si-GNM) supported by a silicon substrate was investigated using the spectral thermal conductivity contribution of the phonon mean free path (MFP) at room temperature. Using the phenomenological approach to phonon MFPs in a GNM, we can express the complex scattering degree (n) in Si-GNM and suspended GNM (Sus-GNM) by proposing a simple form as a function of the hole spacing, phonon MFP, and porosity, showing a lower thermal conduction suppression effect than that of Sus-GNM as the porosity (Ø) increases, which has not been presented in previous studies. It was shown that the relative value of nsup/nsus is changed from 2.81 to 2.37 within the range of 1.52%≤Ø≤ 9%. This method can be applied to future thermal management and thermal control studies for GNM-based systems.
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