Wissenschaftler nehmen die Hitze

Wärme Dorthin Zu Transportieren, wo sie hinten – in Häuten und Haartrocknern, AUS Automotoren und Kühlschnänken – ist der Groffen Herausforderungen der Technik. Jede Aktivität Erzaugt Wärme, Weil Bei Allem, war Wire Tun, Energie entten. Zu viel Hitze Kann Jedoch Batterien und Elektronische Komponenten Abnutzen, z. B. Teile in Einem Alternden Laptop, der Zu Heiß Läuft, Um Tatsächlich auf ihrem Schoß Zuzen. Wenn Sie Die Hitze Nick Loswerden Können, Haven Sie ein Problem. Alle Aktivitäten erzeugen Wärme, weil Energie aus allem entkommt, was wir tun. Aber zu viel Wärme kann Batterien und elektronische Komponenten abnutzen, wie z. B. Teile in einem alternden Laptop, der zu heiß läuft, um tatsächlich auf Ihrem Schoß zu sitzen. Wenn Sie die Hitze nicht loswerden können, haben Sie ein Problem. Wissenschaftler der University of Chicago haben einen Weg erfunden, die Hitze auf mikroskopischer Ebene zu übertragen: ein thermischer Isolator, der mit einer innovativen Technik hergestellt wurde. Sie stapeln ultradünne Schichten von kristallinen Blättern übereinander, drehen sich jedoch leicht jede Schicht, wodurch ein Material mit Atomen erzeugt wird, die in eine Richtung ausgerichtet sind, nicht jedoch in der anderen. “Denken Sie an einen teilweise fertiggestellten Rubik -Würfel mit Schichten, die alle in zufällige Richtungen gedreht wurden”, sagte Shi en Kim, Doktorand der Pritzker School of Molecular Engineering der Universität und Erstautor der Studie. „Das bedeutet, dass wir in jeder Schicht des Kristalls immer noch ein geordnetes Atomegitter haben. Wenn Sie jedoch in die benachbarte Ebene wechseln, haben Sie keine Ahnung, wo die nächsten Atome relativ zur vorherigen Schicht sein werden. Die Atome sind entlang dieser Richtung völlig unordentlich. “ Das Ergebnis ist ein Material, das sowohl bei Wärme als auch in unterschiedliche Richtungen extrem gut enthält – eine ungewöhnliche Fähigkeit im Mikroskalel und eine, die sehr nützliche Anwendungen in Elektronik und anderen Technologien haben könnte. “Die Kombination aus exzellenter Wärmeleitfähigkeit in eine Richtung und exzellente Isolierung in die andere Richtung gibt es überhaupt nicht in der Natur”, sagte Jiwoong Park Jiwoong Park, Professor für Chemie und Molekularentwicklung an der University of Chicago. “Wir hoffen, dass dies eine völlig neue Richtung für die Herstellung neuer Materialien eröffnen könnte.” Wissenschaftler suchen ständig nach Materialien mit ungewöhnlichen Eigenschaften, da sie Funktionen für Geräte freischalten können. Die Gruppe von Park hatte nach Möglichkeiten untersucht, um extrem dünne Materialien zu machen, die einige Atome dick sind. Materialien, die normalerweise für Geräte verwendet werden, bestehen aus hochrangigen, wiederholenden Atomengitter, was es für Strom und Wärme leicht macht, sich durch die Materialien zu bewegen. Aber die Wissenschaftler fragten sich, was passieren würde, wenn sie stattdessen jede aufeinanderfolgende Schicht beim Stapel leicht drehten. Das Team maß die Ergebnisse und stellte fest, dass eine mikroskopische Wand aus diesem Material hervorragend war, um zu verhindern, dass Wärme sich zwischen den Kompartimenten bewegen. “Die thermische Leitfähigkeit ist einfach erstaunlich niedrig – so niedrig wie Luft, was immer noch einer der besten Isolatoren ist, die wir kennen”, sagte Park. “Das an sich ist überraschend, weil es sehr ungewöhnlich ist, diese Eigenschaft in einem Material zu finden, das dichtem Feststoff ist. Diese sind in der Regel gute Wärmeleiter. “ Aber was für die Wissenschaftler wirklich aufregend war, war, als sie die Fähigkeit des Materials maß, Wärme entlang der Wand zu transportieren, und stellten fest, dass das Material dies leicht tun konnte. Diese beiden Eigenschaften zusammen könnten nützlich sein. Zum Beispiel führt die Herstellung von Computer -Chips immer kleiner zu einer immer mehr Leistung durch einen kleinen Raum und schafft eine Umgebung mit einer hohen Leistungsdichte – einem gefährlichen Hotspot, sagte Kim. “Sie backen Ihre elektronischen Geräte im Grunde genommen auf Stromniveaus, als würden Sie sie in einen Mikrowellenofen legen”, sagte sie. „Eine der größten Herausforderungen bei der Elektronik besteht darin, in dieser Größenordnung Wärme zu betreuen, da einige Komponenten der Elektronik bei hohen Temperaturen sehr instabil sind. Wenn wir jedoch ein Material verwenden können, das sowohl Wärme durchführen als auch gleichzeitig Wärme in unterschiedliche Richtungen isolieren kann, können wir Wärme von der Wärmequelle – wie der Batterie – wegschieben und gleichzeitig die zerbrechlicheren Teile des Geräts vermeiden. “ Diese Fähigkeit könnte Türen öffnen, um mit Materialien zu experimentieren, die für Ingenieure zu hitzempfindlich waren, um sie in der Elektronik zu verwenden. Darüber hinaus schaffen Sie einen extremen thermischen Gradienten – in dem etwas heiß istEine Seite und kühl auf der anderen – ist schwierig, insbesondere in so kleiner Maßstäbe, könnte aber viele Anwendungen in der Technologie haben. Die Wissenschaftler testeten die Schichttechnik nur in einem Material, Molybdän Disulfid, glauben jedoch, dass dieser Mechanismus über viele andere allgemein sein sollte. – Louise Lerner