Uusia ratkaisuja lämmönhallintaan

03.02.2014

purdue-heat-flow-rectification-t-200.jpgPurduen yliopistossa on tutkittu teknologiaa, jolla voisi hallita lämpövirtauksia samaan tapaan kuin diodit suuntaavat sähkövirtaa.

Tehokkailla simulointimenetelmillä tutkitussa menetelmässä käytetään pieniä kolmiorakenteita hallitsemaan fononeita eli hilavärähtelyjä. Simulaatiot osoittivat, että nanomittaiset rakenteet pystyvät lämmön kulun suuntaamiseen.

Tutkijat kokeilivat lämmön suuntausta epäsymmetrisellä grafeenin nanonauhoilla mutta ilmiö havaittiin myös muissa materiaaleissa sellaisissa rakenteissa, kuten pyramidi, puolisuunnikas tai T-malli.

Mekanismi toimii rajoittamalla fononivärähtelyjä, kun ne liikkuvat nanomittaisen epäsymmetrisen rakenteen läpi. Jotta rajaus voidaan tuottaa, rakenteen poikkileikkauksen on oltava paljon pienempi kuin fononien ”keskimääräinen törmäysväli" eli vain muutamia satoja nanometriä.

Vaikka laitteiden on oltava pieniä, ne voitaisiin yhdistää sarjaan tuottamaan suurempia rakenteita ja parempaa suuntausta. Konsepti voisi soveltua käytettäväksi lämmönhallintaan tietokoneissa ja elektroniikassa, rakennuksissa ja jopa vaatteissa.

Berkeley Labin tutkijat ovat puolestaan kehittäneet piirivalmistukseen sopivaa tekniikkaa, joka mahdollistaa jäähdyttää mikroprosessorisiruja hiilinanoputkien kautta.

Hiilinanoputkilla on hyvä lämmönjohtavuus, mutta koska ne ovat kemiallisesti vakaista, niiden kemiallinen vuorovaikutus useimpien muiden materiaalien kanssa on suhteellisen heikko, mikä tuottaa huonon termisen rajapinnan.

Fyysikko Frank Ogletreen johtamassa tutkimuksessa käytettiin orgaanisia molekyylejä muodostamaan vahvoja kovalenttisia sidoksia hiilinanoputkien ja metallipintojen välille. Tämä parantaa lämpövirtaa metallista hiilinanoputkiin kuusinkertaisesti.

Buffalon yliopistossa tehty tutkimus taas vihjaa, että tietokoneet ja muut elektroniset laitteet voisi tehdä vakaammiksi, lämpöä lisäämällä?

Tällainen nurinkurinen idea perustuu elektronien kvanttimekaaniseen luonteeseen. Nanojohteessa virta koostuu elektroneista, jotka spontaanisti muodostavat johteessa kapean johtavan säikeen, joka vaikuttaa lämpenemistä vastaan.

"Emme oikeastaan poista lämpöä, mutta olemme onnistuneet pysäyttämään se vaikutuksen sähköverkossa. Tavallaan tämä on nykyisen paradigman optimointia ", toteaa Jong Han, joka kehitti havainnot selittävät teoreettiset mallit.
27.03.2024Kvantti-interferenssi ja transistori
26.03.2024Robotti tarttuu lihanpalaan ja keskustelee kaverinsa kanssa
25.03.2024Piin kanssa yhteensopivia magneettisia pyörteitä
23.03.2024Kaksitoiminen katalyytti tekee sen halvemmalla
22.03.2024Hiilinanoputket käyttöön
21.03.2024Fotonisirut valtaavat alaa
21.03.2024Uusi 2D-materiaalien maailma on avautumassa
19.03.2024Suprajohteet auttavat tietokoneita "muistamaan"
18.03.2024Kvanttimateriaalitutkimuksen uudet työkalut
16.03.2024Räjähtämätön vedyntuotantomenetelmä

Siirry arkistoon »