Lämpökytkin polymeeristä

Mikroskooppinäkymä erittäin järjestyneestä kiteisestä rakenteesta

Carnegie Mellon Universityn professori Sheng Shen hänen tiiminsä ovat kehittäneet polymeerisen nanokuidun, joka voi hallita lämpövirtausta 2,5 kertaa tehokkaammin kuin mikään muu maapallon materiaali.

Tutkijatiimi kehitti polymeerinanokuidun, joka on vahva, kevyt, lämpöä johtava, sähköä eristävä ja biologisesti yhteensopiva - kaikki alle 100 nanometrin leveydellä.

Polymeeristä rakennettiin edelleen lämpöregulaattori, joka voi nopeasti muuttua lämpöjohteesta eristeeksi ja takaisin. Kun se on johde, lämpö siirtyy nopeasti. Kun se on eriste, lämmönsiirto tapahtuu paljon hitaammin.

Vaihtamalla kahden tilan välillä, lämpöregulaattori voi hallita omaa lämpötilaa sekä ympäristön, kuten jääkaapin tai tietokoneen lämpötilaa. Muutos tapahtuu 67 Celsius-asteen lämpötilassa.

Muutos tapahtuu polymeerisegmenttien sidosten pyörähdyksen vaikutuksesta. Tämän tyyppinen siirtymä tunnetaan kiinteästä ja kiinteäksi siirtymänä; vaikka polymeeri saavuttaa lämpötilan lähellä sulamispistettä, se pysyy kiinteänä prosessin läpi.

Kehitetyn polymeerin rakennemuutos voi tapahtua nopeasti viiden asteen alueella. Se pystyy käsittelemään paljon korkeampia lämpötiloja kuin muut lämpöregulaattorit, pysyen vakaana 287 Celsiukseen asti.

Shen uskoo, että polymeerillä on reaalimaailman sovelluksia. "Tämä lämmön virtauksen hallinta nanomittakaavassa avaa uusia mahdollisuuksia. Esimerkiksi kytkentätoimisten lämpölaitteiden kehittäminen, kiinteäaineinen jäähdytys, hukkalämmön keruu, lämpöpiirit ja laskenta."

Uusia kvanttitason MIT-materiaaleja

Northwestern Engineeringin tutkijat ovat puolestaan kehittäneet uuden suunnittelustrategian tunnistaakseen uusia metalli-eriste-siirtymän (MIT) - materiaaleja.

Tämä harvinainen materiaaliluokka tunnetaan niiden kyvystä vaihtaa palautuvasti sähköä johtavien ja eristävien tilojen välillä.

Uusi menetelmä voisi aloittaa nopeamman mikroelektroniikan tulevaisuuden suunnittelun ja toimituksen, jolla on enemmän tallennusominaisuuksia, sekä kvanttimateriaalialustoja tulevaisuuden elektroniikkaan.

Tutkijat hyödynsivät kvanttimekaanisia tietokonesimulaatioita uuden materiaalin, molybdeenioksinitridin (MoON) pikoskaalan kiteisen rakenteen faasisiirtymän toteuttamiseksi. Siirtymä tapahtui lähellä 600 astetta Celsiusta, mikä luo mahdollisuuksia sovelluksille korkean lämpötilan antureissa ja tehoelektroniikassa.

Tulokset tarjoavat käsityksen siitä, kuinka hienoisia muutoksia nanomittakaavassa voidaan käyttää materiaalien makroskooppisen käyttäytymisen kuten johtavuuden, hallitsemiseksi. Tutkijat toivovat, että muokkaamalla näitä elektronisia rakenne-ominaisuuksien suhteita, uudenlaisia kvanttimateriaalien muutoksia voidaan suunnitella tulevaisuudessa. Nämä yhdisteet olisivat sitten käyttökelpoisia aktiivisena kerroksena transistoreissa tai muistisovelluksissa.

Aiheesta aiemmin:

Yllätys lämmönsiirrossa voi johtaa lämpötransistoreihin

Johtaa vai eristää? Siinäpä kysymys?