Site Sponsors
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
Posted in | Nanomaterials | Nanoanalysis

El Nuevo Estudio Muestra Caudales caloríficos Como Ondas en Nanostructures

Published on November 16, 2012 at 7:04 AM

Los dispositivos Termoeléctricos, que pueden aprovechar diferencias de la temperatura para producir electricidad, se pudieron hacer gracias más eficientes a la nueva investigación sobre la propagación del calor a través de las estructuras llamadas los superretículos.

La Nueva investigación muestra que eso calor-que transporta cuasi-partículas mantenga las propiedades onduladas en nanostructures. (Imagen: Adán Jandl y Maria Luckyanova)

Las nuevas conclusión muestran, inesperado, que el calor puede viajar como ondas, bastante que partículas, con estos nanostructures: materiales compuestos de capas solamente algunos billionths de un contador en espesor.

El Calor - la vibración de átomos y de moléculas en un material - viaja generalmente en un “paseo al azar,” que es difícil de controlar. Las nuevas observaciones muestran un modelo muy diverso, llamado el flujo coherente, que está más bién las ondulaciones que se mueven a través de una charca de una manera ordenada.

Esto abre la posibilidad de los nuevos materiales en los cuales el flujo del calor podría ser adaptado exacto - los materiales que podrían tener aplicaciones importantes. Por ejemplo, tal investigación pudo llevar a las nuevas maneras de verter el calor generado por los dispositivos electrónicos y los laseres del semiconductor, que obstaculiza funcionamiento y puede incluso destruir los dispositivos.

La nueva obra, por el estudiante de tercer ciclo Maria Luckyanova, el postdoc Jivtesh Garg y el profesor Cuadrilla Chen, todo el Departamento del MIT de la Ingeniería Industrial - junto con otros estudiantes y profesores en el MIT, la Universidad de Boston, el Instituto de Tecnología de California y la Universidad de Boston - está señalada esta semana en la Ciencia del gorrón.

El estudio implica un material nanostructured llamado un superretículo: en este caso, una pila de capas delgadas de alternancia del arseniuro de galio y del arseniuro del aluminio, cada uno depositados a su vez con un proceso llamó la deposición de vapor químico metalorgánica. Las Substancias Químicas que contienen estos elementos se vaporizan en un vacío, y después se depositan en una superficie, sus espesores controlados exacto con la duración del proceso de la deposición. Las capas resultantes eran apenas 12 nanómetros densamente - sobre el espesor de una molécula de la DNA - y las estructuras enteras colocaron en espesor a partir de la 24 a 216 nanómetros.

Los Investigadores habían creído previamente que aunque tales capas podrían ser atómico perfectas, todavía habría suficiente tosquedad en los interfaces entre las capas para dispersar calor-transportar cuasi-partículas, llamado los fonones, pues se movieron con el superretículo. En un material con muchas capas, tales efectos el dispersar acumularían, era pensamiento, y “destruya el efecto de la onda” de los fonones, dice a Chen, el Profesor de Carl Richard Soderberg de la Ingeniería Eléctrica. Pero esta suposición nunca había sido probada, así que él y sus colegas decidían reexaminar el proceso, él dice.

De Hecho, los experimentos por Luckyanova y las simulaciones por ordenador de Garg mostraron que mientras que el tal dispersar de la fase-selección al azar ocurre entre fonones de alta frecuencia, los efectos de la onda fueron preservados entre fonones de baja fricción. Chen dice que muy lo sorprendieron cuando Luckyanova se volvió con los primeros datos experimentales a la demostración “que está suceso la conducción coherente del calor realmente.”

La Comprensión de los factores que controlan esta coherencia podría, a su vez, llevar para mejorar maneras de romper esa coherencia y de reducir la conducción del calor, Chen dice. Esto sería deseable en dispositivos termoeléctricos aprovechar energía térmica inusitada en todo de sistemas motopropulsores a la electrónica. Tales aplicaciones requieren los materiales que conducto electricidad muy bien pero conducto calor muy mal.

El trabajo podía también mejorar el vertimiento del calor, por ejemplo para el enfriamiento de chips de ordenador. La capacidad de enfocar y el flujo del calor directo podían llevar para mejorar a la administración térmica para tales dispositivos. Chen dice que los investigadores todavía no saben ejercer tal mando exacto, pero la nueva comprensión podría ayudar. La Comprensión de este mecanismo onda-basado “le da más maneras de manipular el transporte” del calor, él dice.

Los dos materiales usados en este experimento tienen propiedades muy similares, Luckyanova dice, y electricidad de la conducta muy bien. Pero controlando el espesor y espaciándolo de las capas, ella dice, “nosotros cree que podemos manipular el transporte térmico,” produciendo la clase de efecto que aísla necesaria para los dispositivos termoeléctricos.

El papel de interfaces entre las capas de un material “es algo que no era entendido realmente,” Garg dice. Las simulaciones Anteriores no habían podido incluir los efectos de la variación en la textura superficial sobre el proceso, él dice, pero “realicé que había una manera de simular el papel de la tosquedad” en los fonones de la manera movidos a través de la pila de capas.

La nueva obra no sólo proporciona a la posibilidad de controlar el flujo del calor (llevado sobre todo por fonones con longitudes de onda cortas) pero también para controlar el movimiento de las ondas acústicas (llevadas sobre todo por fonones de la largo-longitud de onda). “Es realmente una clase de comprensión fundamental,” Chen dice.

Los discernimientos que hicieron el trabajo posible se presentaron en parte grande con acciones recíprocas entre los investigadores en diversas disciplinas, facilitadas a través del Centro Bull Solar-Térmico De Estado Sólido de Energía, un Centro de la Frontera de la Energía financiado por el Ministerio de los E.E.U.U. de Energía, que celebra reuniones cruz-disciplinarias regulares en el MIT. “Esas reuniones proporcionaron a las discusiones largas, fructuosas que fortalecieron realmente el papel,” Luckyanova dicen. La variedad de gente en el grupo “nos animó realmente a atacar este problema de todas las caras.”

Las Damas de Chris, profesor adjunto interino de la ingeniería industrial en la Universidad de California en Berkeley, dicen que éste es el primer estudio que él es consciente de ése ha considerado detalladamente el efecto del número de capas en un superretículo sobre la transmisión de fonones. La “Comprensión y controlar de la transferencia de calor en superretículos es con certeza dispositivos optoelectrónicos muy importantes, y tiene el potencial de afectar la conversión de energía termoeléctrica también,” él dice.

Los co-autores del papel incluyen a Mildred Dresselhaus, Profesor Emerita del Instituto; Eugene Fitzgerald, Merton C. Flemings SMA Profesor de la Ciencia Material y de la Ingeniería; y varios otros. Luckyanova fue utilizado financiando de una beca de la investigación del graduado del National Science Foundation.

Fuente: http://web.mit.edu

Last Update: 16. November 2012 07:51

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit