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

De Nieuwe Studie Toont Warmtedebiet Zoals Golven in Nanostructures

Published on November 16, 2012 at 7:04 AM

De Thermo-elektrische apparaten, die temperatuurverschillen aan opbrengselektriciteit kunnen uitrusten, zouden efficiënter kunnen worden gemaakt dankzij nieuw onderzoek naar hittepropagatie door structuren genoemd superlattices.

Het Nieuwe onderzoek toont aan dat hitte-vervoerend quasi-deeltjes wave-like eigenschappen in nanostructures handhaaf. (Beeld: Adam Jandl en Maria Luckyanova)

De nieuwe bevindingen tonen, onverwacht, dat de hitte als golven, eerder dan deeltjes, door deze nanostructures kan reizen: materialen uit lagen slechts een paar miljardsten van een meter in dikte worden samengesteld die.

De Hitte - de trilling van atomen en molecules in een materiaal - reist gewoonlijk in een „willekeurige gang,“ die moeilijk is te controleren. De nieuwe observaties tonen een zeer verschillend patroon, genoemd coherente stroom, die meer als rimpelingen is die zich over een vijver op een ordelijke manier bewegen.

Dit opent de mogelijkheid van nieuwe materialen waarin de stroom van hitte precies zou kunnen worden gemaakt - materialen die belangrijke toepassingen konden hebben. Bijvoorbeeld, zou dergelijk onderzoek tot nieuwe manieren kunnen leiden om die de hitte af te werpen door elektronische apparaten en halfgeleiderlasers wordt geproduceerd, die prestaties belemmert en de apparaten kan zelfs vernietigen.

Het nieuwe werk, door gediplomeerde student Maria Luckyanova, postdoc Jivtesh Garg en professor Troep Chen, de Afdeling van elk van MIT van Werktuigbouw - samen met andere studenten en professoren bij MIT, de Universiteit van Boston, het Instituut van Californië van Technologie en de Hogeschool van Boston - wordt gemeld deze week in de dagboekWetenschap.

De studie impliceert a nanostructured materiaal genoemd superlattice: in dit geval, deponeerde een stapel afwisselende dunne lagen van galliumarsenide en aluminiumarsenide, elk beurtelings door een proces genoemd metal-organic chemische dampdeposito. De Chemische Producten die deze elementen bevatten worden gelaten verdampen in een vacuüm, en op een oppervlakte dan gedeponeerd, hun die dikten precies door de duur van het depositoproces worden gecontroleerd. De resulterende lagen waren enkel 12 nanometers dik - over de dikte van een molecule van DNA - en de volledige structuren strekten zich in dikte uit van 24 tot 216 nanometers.

De Onderzoekers hadden eerder geloofd dat alhoewel dergelijke lagen atomically perfect zouden kunnen zijn, er nog genoeg ruwheid bij de interfaces tussen de lagen zou zijn om hitte-vervoerende quasi-deeltjes te verspreiden, genoemd fononen, aangezien zij zich door superlattice bewogen. In een materiaal met vele lagen, zouden dergelijke verspreidende gevolgen accumuleren, werd het gedacht, en „vernietig het golfeffect“ van de fononen, zegt Chen, Carl Richard Soderberg Professor van de Techniek van de Macht. Maar deze veronderstelling was nooit bewezen, zodat beslisten hij en zijn collega's het proces opnieuw te onderzoeken, zegt hij.

De experimenten door Luckyanova en de computersimulaties door Garg toonden namelijk aan dat terwijl dergelijke fase-willekeurig verdeelt die onder fononen met hoge frekwentie plaatsvindt verspreidt zich, de golfgevolgen onder fononen met lage frekwentie werden bewaard. Chen zegt hij zeer verrast was toen Luckyanova met de eerste experimentele te tonen gegevens terugkwam „dat de coherente geleiding van hitte werkelijk.“ gebeurt

Het Begrip van de factoren die deze coherentie controleren kon, beurtelings, tot betere manieren leiden om te breken die de coherentie en het verminderen van de geleiding van hitte, Chen zeggen. Dit zou in thermo-elektrische apparaten wenselijk zijn om ongebruikte thermische energie in alles van krachtcentrales aan elektronika uit te rusten. Dergelijke toepassingen vereisen goed materialen dat gedragselektriciteit zeer maar gedragshitte zeer slecht.

Het werk kon het afwerpen van hitte, zoals ook verbeteren voor het koelen van chips. De capaciteit om hittestroom te concentreren en te leiden kon tot beter thermisch beheer voor dergelijke apparaten leiden. Chen zegt de onderzoekers nog niet het weten hoe te om dergelijke nauwkeurige controle uit te oefenen, maar het nieuwe begrip kon helpen. Het Begrip van dit op golf-gebaseerde mechanisme „geeft u meer manieren om het vervoer“ van hitte te manipuleren, zegt hij.

De twee die materialen in dit experiment worden gebruikt hebben zeer gelijkaardige eigenschappen, zeer goed zegt Luckyanova, en gedragselektriciteit. Maar door de dikte te controleren en van de lagen uit elkaar te plaatsen, zegt zij, „wij geloven wij het thermische vervoer kunnen manipuleren,“ veroorzakend het soort het isoleren effect nodig voor thermo-elektrische apparaten.

De rol van interfaces tussen de lagen van een materiaal „is iets die niet werkelijk werd begrepen,“ Garg zegt. De Vorige simulaties waren er niet in geslaagd om de gevolgen van variatie in oppervlaktetextuur te omvatten voor het proces, zegt hij, maar „Ik realiseerde er een manier was die de rol van ruwheid“ op de manierfononen te simuleren door de stapel lagen worden bewogen.

Het nieuwe werk niet alleen verstrekt de mogelijkheid om die de stroom van hitte (meestal door fononen met korte golflengten wordt gedragen) maar ook te controleren voor het controleren van de beweging van correcte die golven (hoofdzakelijk door lang-golflengtefononen worden gedragen). „Het is werkelijk een soort fundamenteel begrip,“ Chen zegt.

Het inzicht dat het werk mogelijk maakte deed zich in groot deel door interactie tussen onderzoekers in verschillende die disciplines voor, door het Centrum zonne-Thermische die Omzetting van de In Vaste Toestand van de Energie, een Centrum worden vergemakkelijkt van de Grens van de Energie door het Ministerie van de V.S. van Energie wordt gefinancierd, dat regelmatige dwars-disciplinaire vergaderingen bij MIT houdt. „Die vergaderingen verstrekten lange, vruchtbare besprekingen die werkelijk het document versterkten,“ Luckyanova zegt. De verscheidenheid van mensen in de groep „moedigde ons aan werkelijk om dit probleem van alle kanten aan te vallen.“

Chris Dames, een waarnemende verwante professor van werktuigbouw bij de Universiteit van Californië in Berkeley, zegt dit de eerste studie is hij van dat heeft bekeken in detail het effect van het aantal lagen in superlattice op de transmissie van fononen zich bewust is. _„Be*grijpen en controleren de hitte overdracht in superlattices zeer belangrijk voor bepaald optoelectronic apparaat, en hebben de potentieel te beïnvloeden thermo-elektrisch energie omzetting eveneens,“ hij zeggen.

De medeauteurs van het document omvatten Mildred Dresselhaus, Instituut Professor Emerita; Eugene Fitzgerald, Merton C. Flemings SMA Professor van de Wetenschap en de Techniek van Materialen; en verscheidene anderen. Luckyanova werd gesteund door van een Nationale Stichting van de Wetenschap gediplomeerde onderzoekbeurs te financieren.

Bron: http://web.mit.edu

Last Update: 16. November 2012 07:47

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