Mesure de la résistance thermique à l'interface carbone-eau
Extraction of the thermal resistance at the carbon-water interface
Alessandro Casto, Margherita Vittucci, Fabien Vialla, Aurélien Crut, Fabrice Vallée, Natalia Del Fatti, Francesco Banfi et Paolo Maioli (équipe FemtoNanoOptics), en collaboration avec des collègues de Turin, ont publié un article intitulé "Experimental Optical Retrieval of the Thermal Boundary Resistance of Carbon Nanotubes in Water" dans la revue Carbon.
Alessandro Casto, Margherita Vittucci, Fabien Vialla, Aurélien Crut, Fabrice Vallée, Natalia Del Fatti, Francesco Banfi and Paolo Maioli (FemtoNanoOptics group), with colleagues from Politecnico di Torino, published a researcher article entitled "Experimental Optical Retrieval of the Thermal Boundary Resistance of Carbon Nanotubes in Water" in the journal Carbon.
Une compréhension quantitative et détaillée des mécanismes physiques régissant le transfert de chaleur aux échelles macro et nanométriques est essentielle pour la gestion thermique, le refroidissement des dispositifs, l'optimisation de la conductivité thermique et en science fondamentale. Un paramètre clé dans ce contexte est la résistance thermique d'interface (ou TBR pour Thermal Boundary Resistance), appelée également résistance de Kapitza. La TBR est la résistance qui ralentit le flux de chaleur à l'interface entre deux matériaux à des températures différentes. Bien que les simulations théoriques et numériques de la TBR soient abondantes, les mesures expérimentales sont extrêmement difficiles et rares. Cela est néanmoins devenu essentiel pour toutes les applications et les avancées fondamentales.
Les chercheurs de l'iLM ont réussi à extraire la valeur quantitative de la TBR à l'interface entre le carbone et l'eau en utilisant la spectroscopie optique résolue dans le temps. Ils ont appliqué cette technique pour observer le refroidissement ultrarapide (échelles de temps des picosecondes à nanosecondes) de nanotubes de carbone multiparois dispersés dans l'eau, après leur chauffage ultrarapide avec des impulsions optiques femtosecondes. L'analyse fine de la dynamique de refroidissement permet d'extraire la résistance thermique d'interface. Singulièrement, les expériences ont révélé que la TBR est réduite d'un facteur cinq (améliorant ainsi le transport thermique) lorsque des groupes hydroxyle (-OH) sont liés de manière covalente à la surface du carbone.
Les chercheurs de l'iLM ont réussi à extraire la valeur quantitative de la TBR à l'interface entre le carbone et l'eau en utilisant la spectroscopie optique résolue dans le temps. Ils ont appliqué cette technique pour observer le refroidissement ultrarapide (échelles de temps des picosecondes à nanosecondes) de nanotubes de carbone multiparois dispersés dans l'eau, après leur chauffage ultrarapide avec des impulsions optiques femtosecondes. L'analyse fine de la dynamique de refroidissement permet d'extraire la résistance thermique d'interface. Singulièrement, les expériences ont révélé que la TBR est réduite d'un facteur cinq (améliorant ainsi le transport thermique) lorsque des groupes hydroxyle (-OH) sont liés de manière covalente à la surface du carbone.
A quantitative and detailed understanding of the physical mechanisms governing heat transfer at both macro and nanoscales is essential for thermal management, device cooling, optimizing thermal conductivity, and fundamental science. A key parameter in this context is Thermal Boundary Resistance (TBR), also known as Kapitza resistance. TBR is the resistance that impedes heat flow at the interface between two materials with different temperatures. Although theoretical and numerical simulations of TBR are abundant, experimental measurements are exceedingly difficult and uncommon. This has, however, become essential for all applications and fundamental advancements.
Researchers at iLM have successfully quantified the TBR at the interface between carbon and water using time-resolved optical spectroscopy. They employed this technique to observe the ultrafast cooling (on the pico- to nanosecond timescale) of multi-wall carbon nanotubes dispersed in water, following impulsive heating with femtosecond optical pulses. The fine analysis of the cooling dynamics leads to quantitative assessment of the TBR. Remarkably, the experiments revealed that TBR is reduced fivefold (enhancing thermal transport) when hydroxyl (-OH) groups are covalently attached to the carbon surface.
Researchers at iLM have successfully quantified the TBR at the interface between carbon and water using time-resolved optical spectroscopy. They employed this technique to observe the ultrafast cooling (on the pico- to nanosecond timescale) of multi-wall carbon nanotubes dispersed in water, following impulsive heating with femtosecond optical pulses. The fine analysis of the cooling dynamics leads to quantitative assessment of the TBR. Remarkably, the experiments revealed that TBR is reduced fivefold (enhancing thermal transport) when hydroxyl (-OH) groups are covalently attached to the carbon surface.
