Posted in | Nanomaterials | Nanoanalysis

Новое Изучение Показывает Потоки Тепла Как Волны в Nanostructures

Published on November 16, 2012 at 7:04 AM

Термоэлектрические приборы, которые могут обуздать разницы в температуры для того чтобы произвести электричество, могли быть сделаны более эффективными спасибо новое исследование на распространении жары через вызванные структуры superlattices.

Новое исследование показывает что то жар-транспортируя quasi-частицы поддерживайте волн-как свойства в nanostructures. (Изображение: Адам Jandl и Мария Luckyanova)

Новые заключения показывают, непредвиденно, что жара может переместить как волны, вернее чем частицы, через эти nanostructures: материалы составленные слоев только немного billionths метра в толщине.

Жара - вибрация атомов и молекул в материале - обычно перемещает в «метод случайного блуждания,» который трудн для того чтобы контролировать. Новые замечания показывают очень различную вызванную картину, когерентной подачей, которая больше как пульсации которые двигают через пруд в аккуратном путе.

Это раскрывает возможность новых материалов в которых подача жары смогла точно быть портняжничана - материалы которые смогли иметь важные применения. Например, такое исследование могло вести к новым путям линять жару произведенную электронными устройствами и лазерами полупроводника, которая затрудняет представление и может даже разрушить приборы.

Сообщают новой работе, аспирантом Марией Luckyanova, postdoc Jivtesh Garg и профессором Шатией Chen, всем из Отдела MIT Машиностроения - вместе с другими студентами и профессорами на MIT, Университете Бостона, Институте Технологии Калифорнии и Коллеже Бостона - эту неделю в Науке журнала.

Изучение включает nanostructured вызванный материал superlattice: в этот случай, стог чередовать тонкие слои арсенида арсенида галлия и алюминия, каждого депозированного в свою очередь через процесс вызвал металл-органическое низложение химического пара. Химикаты содержа эти элементы испарены в вакууме, и после этого депозированы на поверхности, их толщины точно контролируемые через продолжительность процесса низложения. Приводя к слои были как раз 12 нанометра толщиной - о толщине молекулы ДНА - и все структуры заколебались в толщине от 24 до 216 нанометров.

Исследователя ранее поверили что даже если такие слои смогли быть атомно совершенны, все еще будет достаточная шершавость на интерфейсах между слоями для того чтобы разбросать жар-транспортировать quasi-частицы, вызвано фононы, по мере того как они двинули через superlattice. В материале с много слоев, такие влияния разбрасывать аккумулировали бы, было мыслью, и «разрушьте влияние волны» фононов, говорит Chen, Профессора Карл Ричарда Soderberg Силы Инджиниринга. Но это предположение никогда не было доказано, поэтому он и его коллегаы решили переосвидетельствовать процесс, он говорит.

Деиствительно, эксперименты Luckyanova и имитации компьютера Garg показали что пока такой разбрасывать участк-хаотизировать осуществляет среди высокочастотных фононов, влияния волны были сохранены среди низкочастотных фононов. Chen говорит что он очень было удивлено когда Luckyanova пришло назад с первыми экспериментальными данными показать «что когерентная кондукция жары действительно случается.»

Понимать факторы которые контролируют это сцепление смогл, в свою очередь, вести для того чтобы улучшать пути ломать то сцепление и уменьшения кондукции жары, Chen говорит. Это было бы желательно в термоэлектрических приборах для того чтобы обуздать неиспользованную тепловую энергию в всем от электрических станций к электронике. Такие применения требуют материалов которые дирижируют электричество очень хорошо но дирижируют жару очень бедно.

Работа смогла также улучшить линять жары, как для охлаждать компьютерных микросхем. Способность сфокусировать и сразу поток тепла смогли вести для того чтобы улучшать термальное управление для таких приборов. Chen говорит что исследователя пока не умеет как приложить такое точное управление, но новое вникание смогло помочь. Понимать этот волн-основанный механизм «дает вам больше путей манипулировать переход» жары, он говорит.

2 материала используемого в этом эксперименте имеют очень подобные свойства, Luckyanova говорит, и электричество проведения очень хорошо. Но путем контролировать толщину и размечать слоев, она говорит, «мы верит что мы может манипулировать термальный переход,» производящ вид изолируя влияния нужный для термоэлектрических приборов.

Роль интерфейсов между слоями материала «что-то которое действительно не было понято,» Garg говорит. Предыдущие имитации не сумели включить влияния изменения в поверхностной текстуре на процессе, он говорит, но «Я осуществил что был путь сымитировать роль шершавости» на фононах путя двинутых через стог слоев.

Новая работа не только обеспечивает возможность контролировать подачу жары (главным образом снесенной фононами с короткими длинами волны) но также для контролировать движение звуковых войн (главным образом снесенных фононами длинн-длины волны). «Действительно вид глубокого понимания,» Chen говорит.

Проницательности которые сделали работу возможным возникли в большой части через взаимодействия между исследователями в различных дисциплинах, облегченных через Полупроводниковый Солнечн-Термальный Центр Преобразования Энергии, Центр Границы Энергии фондированный Министерством Энергетики США, которое созывает регулярн крест-подштрафные собрания на MIT. «Те встречи обеспечили длиной, плодотворные обсуждения которые действительно усилили бумагу,» Luckyanova говорят. Разнообразие людей в группе «действительно ободрило нас атаковать эту проблему от всех сторон.»

Дамы Криса, действующий адъюнкт-профессор машиностроения на Университете Штата Калифорнии на Беркли, говорят что это первое изучение он осведомлен онсмотрел подробно на влиянии числа слоев в superlattice на передаче фононов. «Понимать и контролировать передачу тепла в superlattices очень важны для некоторых электронно-оптический приборов, и имеют потенциал плотно сжать термоэлектрическое преобразование энергии также,» он говорит.

Соавторы бумаги включают Милдред Dresselhaus, Профессора Emerita Института; Евгений Fitzgerald, Merton C. Flemings SMA Профессор Науки Материалов и Инджиниринг; и несколько других. Luckyanova было поддержано путем фондировать от стипендии исследования студент-выпускника Национального фонда.

Источник: http://web.mit.edu

Last Update: 16. November 2012 07:50

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