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新的研究在 Nanostructures 显示象通知的热流

Published on November 16, 2012 at 7:04 AM

热电设备,可能利用温度区别导致电,也许做更加高效的由于对热传送的新的研究通过称超晶格的结构。

新的研究显示热运输类似微粒的那请维护在 nanostructures 的波形的属性。 (图象: 亚当 Jandl 和玛丽亚 Luckyanova)

新的发现显示,意外地,热可能移动象通知,而不是微粒,通过这些 nanostructures : 材料由层做成一个仪表的仅一些 billionths 在厚度的。

热 - 原子和分子的振动在材料 - 在 “随机游动通常移动”,是难控制。 新的观察显示一个非常不同的模式,称连贯流,是更多象波纹在一个池塘间移动用一个顺序的方式。

这开辟热流可能精密地被剪裁新的材料的可能性 - 可能有重要应用的材料。 例如,这样研究也许导致流洒电子设备和半导体激光生成的热新的方式,阻碍性能,并且可能甚而毁坏设备。

新的工作,在研究生玛丽亚 Luckyanova, postdoc Jivtesh Garg 和帮会陈,所有教授旁边机械工程的 MIT 的部门 - 以及其他学员和教授 MIT、波士顿大学、加州理工学院和波士顿学院的 - 在日记帐科学本周报告。

这个研究介入称超晶格的 nanostructured 材料: 在这种情况下,栈交替的薄层通过进程和铝砷化物,其中每一个存款的反之砷化镓叫金属有机化学气相沉积。 包含这些要素的化学制品在真空在表面被汽化,然后存款,通过证言进程的期限精密地被控制的他们的厚度。 发生的层浓厚是 12 毫微米 - 关于脱氧核糖核酸分子的厚度 -,并且整个结构在厚度排列从 24 到 216 毫微米。

研究员以前相信,即使这样层可能是基本理想的,有足够的坎坷在分散的层之间的界面热运输类似微粒,叫声子,因为他们通过超晶格移动了。 在与许多层的材料,这样分散作用将累计,它是想法,并且 “请毁坏通知作用”的声子,卡尔理查索德伯格教授说陈,动力工程。 但是此假定未曾证明,因此他和他的同事决定再检查这个进程,他说。

的确,由 Luckyanova 的实验和由 Garg 的计算机模拟向显示,当这样阶段随机化分散在高频率声子中时进行,通知作用在低频率声子中保留。 陈说他非常惊奇,当 Luckyanova 回来了与第一个实验数据对热连贯传导确实发生的显示 “”。

了解控制此凝聚的系数可能,反过来,导致改善中断该凝聚和减少热,陈的传导方式说。 这是理想在热电设备利用在一切的未使用的热能从发电厂到电子。 这样应用要求很好执行电的材料,但是非常拙劣地执行热。

这个工作能也改进流洒热,例如冷却的计算机芯片。 这个能力集中和直接热流能导致改善这样设备的热量管理。 陈说研究员不会实行这样准确的控制,但是新的了解可能帮助。 了解此基于通知的结构 “产生您更多方式操作运输”热,他说。

在此实验用于的二材料有非常相似的属性, Luckyanova 很好说和品行电。 但是通过控制这个厚度和空间层,她说, “我们相信我们可以操作热量运输”,导致为热电设备绝缘的作用需要这。

界面的角色材料的层的之间 “是真未了解的事”, Garg 说。 早先模拟在表面纹理未能包括差异的作用对这个进程,他说,但是 “我意识到有方式模拟坎坷的角色”在通过栈被移动的方式声子层。

新的工作不仅提供控制热流的可能性 (主要运载由与短的波长的声子),而且控制的声波的移动 (主要运载由长波长声子)。 “它确实是一种根本了解”,陈说。

使这个工作成为可能的答案在大部分出现了通过研究员之间的交往用不同的学科,实现通过固体太阳热量能量转换中心,美国能源部资助的能源边境中心,在 MIT 召开正常跨纪律会议。 “那些会议提供了确实加强本文的长,卓有成效的讨论”, Luckyanova 说。 人种类这个组的 “确实鼓励我们攻击从所有端的此问题”。

克里斯副教授贵妇人,在加州大学伯克利分校的机械工程一位代理,说这是他知道那详细注视着层的数量的作用在超晶格的对声子传输的第一个研究。 “了解和控制在超晶格的热传递对某些光电子设备是非常重要,并且有潜在影响热电能量转换”,他说。

本文的共同执笔者包括 Mildred Dresselhaus,学院 Emerita 教授; Eugene Fitzgerald,材料学和工程的 Merton C. Flemings SMA 教授; 并且几其他。 Luckyanova 通过资金支持来自国家科学基金会毕业生研究同伴关系。

来源: http://web.mit.edu

Last Update: 16. November 2012 07:46

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