Posted in | Nanomaterials | Nanoanalysis

Nya StudieShows Värmer Flöden som Något liknande Vinkar i Nanostructures

Published on November 16, 2012 at 7:04 AM

Thermoelectric apparater, som kan exploatera temperaturskillnader till jordbruksprodukterelektricitet, styrkan göras effektivare tack till ny forskning värmer på förökning strukturerar igenom kallade superlattices.

Ny forskning visar att det som värma-transporterar quasi-partiklar underhåll vinka-något liknande rekvisita i nanostructures. (Avbilda: Adam Jandl och Maria Luckyanova)

Den nya rönshowen, oväntat, som värmer, kan resa något liknande vinkar, ganska än partiklar, till och med dessa nanostructures: material som göras upp av lagrar endast några billionths av en mäta i tjocklek.

Värma - vibrationen av atoms och molekylar i ett materiellt - reser vanligt i ”ett slumpmässigt går,”, är som svår att kontrollera. De nya observationerna visar att ett mycket olikt mönstrar, kallat sammanhängande flöde, som är mer något liknande skvalpar den flyttning över ett damm i en sjukvårdare långt.

Detta öppnar möjligheten av nya material, som flödet av värmer i kunde exakt anpassas - material som kunde ha viktiga applikationer. Till exempel sådan forskningstyrka som är bly- till ny väg av att utgjuta värma som frambrings av elektroniska apparater och halvledarelaser, som försvårar kapacitet och kan även förstöra apparaterna.

New York, vid doktoranden Maria Luckyanova, postdoc Jivtesh Garg och professorLigan Chen, all MITS Avdelning av Maskinlära - tillsammans med andra deltagare och professorer på MIT, den Boston Universitetar, det Kalifornien Institutet av Teknologi och den Boston Högskolan - anmälas denna vecka i föra journal överVetenskapen.

Studien gäller ett nanostructured materiellt kallade en superlattice: i detta fall, en bunt av att växla tunna lagrar av galliumarseniden och aluminiumarseniden, varje som i sin tur sättas in till och med en processaa kallad belägga med metall-organisk kemisk dunstavlagring. Kemikalieer som innehåller dessa beståndsdelar, avdunstas i en dammsuga och sättas in därefter på en ytbehandla, deras tjocklekar som kontrolleras exakt till och med varaktigheten av den processaa avlagringen. De resulterande lagrarna var precis 12 nanometers tjockt - om tjockleken av en DNA-molekyl - och det helt strukturerar spännt i tjocklek från 24 till 216 nanometers.

Forskare hade föregående trott att, även om sådan lagrar kunde vara atomically, göra perfekt, där skulle fortfarande är nog roughness på har kontakt mellan lagrarna för att sprida värma-transportering av quasi-partiklar som kallas phonons, som dem som är rörda till och med superlatticen. I ett materiellt med många lagrar verkställer den sådan spridningen skulle ackumulerar, var det tanke, och ”förstör vinka verkställer” av phononsna, något att säga Chen, den Carl Richard Soderberg Professorn av Power att Iscensätta. Men detta antagande hade aldrig bevisats, så han och hans kollegor avgjorde beträffande-att undersöka det processaa, honom något att säga.

Sannerligen visade experiment vid Luckyanova och datorsimuleringar av Garg, att stunden den sådan arrangera gradvisrandomizing spridningen äger rum bland kick-frekvens phonons, vinkar verkställer bevarades bland låg-frekvens phonons. Chen något att säga var han mycket förvånad, då Luckyanova kom tillbaka med de första experimentella datan till showen ”som sammanhängande ledning av värmer händer egentligen.”,

Överenskommelse dela upp i faktorer som kontrollerar denna sammanhållning kunde, i sin tur, bly- för att förbättra väg av att bryta den sammanhållning, och förminskande ledningen av värmer, Chen något att säga. Detta skulle är önskvärt i thermoelectric apparater att exploatera oanvänt värmer energi i allt från kraftverk till elektronik. Sådan applikationer kräver material som förar elektricitet mycket väl, men uppförande värmer mycket dåligt.

Arbetet kunde också förbättra utgjutelsen av värmer, liksom för kyla av datorchiper. Kapaciteten att fokusera och rikta värmer flöde kunde leda för att förbättra termisk ledning för sådan apparater. Chen något att säga som forskare inte vet ännu hur man utövar sådan, preciserar kontrollerar, men den nya överenskommelsen kunde hjälpa. Överenskommelse denna vinka-baserade mekanism ”ger dig mer väg att behandla transporten” av värmer, honom något att säga.

De två materialen som används i detta experiment, har mycket liknande rekvisita, Luckyanova något att säga och uppförandeelektricitet mycket väl. Men, genom att kontrollera tjockleken och att göra mellanslag av lagrarna, tror hon något att säga, ”oss oss kan behandla den termiska transporten,” producera sorten av att isolera verkställer nödvändigt för thermoelectric apparater.

Rollen av har kontakt mellan lagrarna av ett materiellt ”är något, som inte förstods egentligen,” Garg något att säga. Föregående simuleringar hade missat för att inkludera verkställer av variation ytbehandlar in texturerar på det processaa, honom något att säga, men ”realiserade Jag att det fanns a långt som långt simulerar rollen av roughness” på de rörda phononsna till och med bunten av lagrar.

New York ger inte endast möjligheten av att kontrollera flödet av värmer (mestadels buret av phonons med kort våglängder), utan för att kontrollera rörelsen av solitt vinkar också (i första hand buret av lång-våglängd phonons). ”Är Det egentligen en sortera av grundöverenskommelse,” Chen något att säga.

Inblickarna, som gjorde arbetsmöjligheten, uppstod i stor del till och med växelverkan mellan forskare i olika discipliner som gjordes lättare till och med den Halvledar- Sol--Termiska EnergiOmvandlingen, Centrerar, en EnergiGräns Center som betalades av U.S.-Avdelningen av Energi, som rymmer arg-disciplinära möten för stamgäst på MIT. ”G De möten långa fruktbara diskussioner, som förstärkte egentligen det pappers-,” Luckyanova något att säga. Variationen av folk i gruppen ”uppmuntrade egentligen oss att anfalla detta problem från alla sidor.”,

Chris Dames, en tillförordnad förbunden professor av maskinlära på Universitetar av Kalifornien på Berkeley, något att säga detta är den första studien som han är medveten av det har sett in specificerar på verkställa av numrera av lagrar i en superlattice på överföringen av phonons. ”Är har Överenskommelse och att kontrollera värmaöverföringen i superlattices mycket viktiga med säkerhet optoelectronic apparater och det potentiellt som får effekt thermoelectric energiomvandling som väl,” honom något att säga.

Papperets co-författare inkluderar Mildred Dresselhaus, InstitutProfessorn Emerita; Eugene Fitzgerald, Mertonen C. Flemings SMA Professor av MaterialVetenskap och Iscensätta; och flera andra. Luckyanova stöttades, genom att betala från en gemenskap för National Science Foundationkandidatforskning.

Källa: 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