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

新しい調査は Nanostructures で波のような熱流を示します

Published on November 16, 2012 at 7:04 AM

電気を作り出すために温度の相違を利用できる熱電装置は超格子と呼出される構造を通した熱の伝搬の新しい研究のおかげでより効率的ななされるかもしれません。

新しい研究は疑似粒子を熱運ぶそれ nanostructures の波状の特性を維持しなさいことを示します。 (画像: アダム Jandl およびマリア Luckyanova)

新しい調査結果は熱がこれらの nanostructures 粒子よりもむしろ波のようにによって、移動、できること、予想に反して示します: 層から成っている材料厚さのメートルの少数の billionths だけ。

熱 - 材料の原子そして分子の振動 - は通常 「ランダムウォークで移動します」、制御しにくいです。 新しい観察は整然とした方法で池を渡って移動するさざ波のような多くである凝集性の流れと呼出される非常に別のパターンを示します。

これは熱の流れが正確に合わせることができる新しい材料の可能性を - 重要なアプリケーションがあることができる材料開きます。 例えば、そのような研究は電子デバイスおよび半導体のレーザーによって生成されるパフォーマンスを妨げ、装置を破壊できる熱を取除く新しい方法の原因となるかもしれません。

大学院生マリア Luckyanova、 postdoc Jivtesh Garg および教授一団陳、 MIT の機械工学の部すべてによる新規工事は、ジャーナル科学で - MIT、ボストン大学、カリフォルニア工科大学およびボストンカレッジの他の学生そして教授と共に - 今週報告されます。

調査は超格子と呼出される nanostructured 材料を含みます: この場合、プロセスによって次々と沈殿したガリウム砒素およびアルミニウムヒ化物、それぞれの交互になる薄層のスタックは金属有機性化学気相堆積を呼出しました。 これらの要素を含んでいる化学薬品は真空で蒸発し、次に表面で、正確に沈殿プロセスの持続期間によって制御される厚さ沈殿します。 生じる層は - DNA の分子の厚さについて厚くちょうど 12 ナノメーター - であり、全体の構造は 24 から 216 ナノメーターまで厚さで及びました。

研究者は前に超格子によって移動したので、そのような層が原子的に完全であることができるのに十分な荒さがまだ疑似粒子を熱運ぶことを分散させる層間のインターフェイスにあることを音量子呼出されて信じてしまいました。 多くの層の材料では、そのような分散の効果は集まります、それは思考であり、 「音量子の波の効果」を、言います、陳を電力工学のカールリチャード Soderberg 教授破壊して下さい。 しかしずっとこの仮定は決して証明されていません、従って彼および彼の同僚はプロセスを再検査することにしましたと彼は言います。

実際にそのような段階ランダム化の分散が高周波音量子間で起こる間、波の効果は低周波の音量子間で維持されたことを、 Luckyanova による実験および Garg による計算機シミュレーションは示しました。 陳は Luckyanova が熱の凝集性の伝導が実際に」。起こしているショー 「に最初の実験データともどって来たときに彼が非常に驚いたことを言います

この一貫性を制御する要因を理解することは、その一貫性を壊し、熱それから導くことができますと、陳の伝導を減らす方法をよくするために言います。 これは発電所からの電子工学にすべての未使用の熱エネルギーを利用して熱電装置で好ましいです。 そのようなアプリケーションは電気をとてもよく行なうが、必要としましたり熱を非常に不完全に行ないます材料を。

作業はまたコンピュータ・チップの冷却のためののような熱の取除くことを、改善できます。 集中する機能および直接熱流はそのような装置のための熱管理をよくするために導くことができます。 陳はそのような精密な制御を出す方法を研究者がまだ知っていない新しい理解が助けることができることを言います。 この波ベースのメカニズムを 「理解することは熱の輸送」を処理するより多くの方法を与えますと彼は言います。

この実験で使用される 2 つの材料に非常に同じような特性があります、 Luckyanova は、行ないの電気とてもよく言い。 しかし厚さを制御することおよび層の間隔をあけることによって、彼女は、 「私達信じま言いま私達が熱輸送を処理してもいいことを」熱電装置のために必要とされる絶縁の効果の種類を作り出します。

材料の層間のインターフェイスの役割は 「実際に理解されなかった何かと」、 Garg 言いますです。 前のシミュレーションはプロセスに対する表面の質に変化の効果を含めませんでした、彼は言いますが、層のスタックを通して移動された方法音量子の荒さの役割を」模倣する方法があったことを 「私は実現しました。

新規工事は熱の (大抵短い波長の音量子運ばれる) また音波の動きを提供しません (本質的に長波長の音量子運ばれる) 制御するための流れを制御する可能性しか。 「それは実際に一種の基本的な理解です」と陳は言います。

作業を可能にさせた洞察力はソリッドステート太陽熱エネルギー変換の中心を通して、 MIT で規則的な交差懲戒的な会議を催す米国エネルギー省によって資金を供給されたエネルギーフロンティアの中心促進された起こりました異なった訓練の研究者間の相互作用によって大きい部分で。 「それらの会合実際にペーパーを増強した長く、有益な議論をと」、は Luckyanova 言います提供しました。 グループの人々の変化は 「実際にすべての側面からのこの問題を攻撃するように励ましました私達を」。

これが彼によってが音量子の伝達に対する超格子の層の番号の効果をそれに詳しく見た気づいている最初の調査であることをクリスの貴婦人のカリフォルニア州立大学バークレー校の機械工学の代理の助教授は、言います。 「超格子の熱伝達を理解し、は制御することはある特定の光電子工学装置のために非常に重要で、熱電エネルギー変換にまた影響を与える潜在性があります」と彼は言います。

ペーパーの共著者は Mildred Dresselhaus を、 Emerita 協会含んでいます教授; Eugene Fitzgerald、教授物質科学および工学の Merton C. Flemings SMA; そして複数の他。 Luckyanova は全米科学財団の卒業生の研究団体からの資金供給によってサポートされました。

ソース: http://web.mit.edu

Last Update: 16. November 2012 07:49

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