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Posted in | Nanomaterials | Nanoanalysis

新的研究在 Nanostructures 顯示像通知的熱流

Published on November 16, 2012 at 7:04 AM

熱電設備,可能利用溫度區別導致電,也許做更加高效的由於對熱傳送的新的研究通過稱超晶格的結構。

新的研究顯示熱運輸類似微粒的那请維護在 nanostructures 的波形的屬性。 (圖像: 亞當 Jandl 和瑪麗亞 Luckyanova)

新的發現顯示,意外地,熱可能移動像通知,而不是微粒,通過這些 nanostructures : 材料由層做成一個儀表的仅一些 billionths 在厚度的。

熱 - 原子和分子的振動在材料 - 在 「隨機遊動通常移動」,是難控制。 新的觀察顯示一個非常不同的模式,稱連貫流,是更多像波紋在一個池塘間移動用一個順序的方式。

這開闢熱流可能精密地被剪裁新的材料的可能性 - 可能有重要應用的材料。 例如,這樣研究也許導致流洒電子設備和半導體激光生成的熱新的方式,阻礙性能,并且可能甚而毀壞設備。

新的工作,在研究生瑪麗亞 Luckyanova, postdoc Jivtesh Garg 和幫會陳,所有教授旁邊機械工程的 MIT 的部門 - 以及其他學員和教授 MIT、波士頓大學、加州理工學院和波士頓學院的 - 在日記帳科學本週報告。

這個研究介入稱超晶格的 nanostructured 材料: 在這種情況下,棧交替的薄層通過進程和鋁砷化物,其中每一個存款的反之砷化鎵叫金屬有機化學氣相沉積。 包含這些要素的化學製品在真空在表面被汽化,然後存款,通過證言進程的期限精密地被控制的他們的厚度。 發生的層濃厚是 12 毫微米 - 關於脫氧核糖核酸分子的厚度 -,并且整個結構在厚度排列從 24 到 216 毫微米。

研究員以前相信,即使這樣層可能是基本理想的,有足够的坎坷在分散的層之間的界面熱運輸類似微粒,叫聲子,因為他們通過超晶格移動了。 在與許多層的材料,這樣分散作用將累計,它是想法,并且 「请毀壞通知作用」的聲子,卡爾理查索德伯格教授說陳,動力工程。 但是此假定未曾證明,因此他和他的同事決定再檢查這個進程,他說。

的確,由 Luckyanova 的實驗和由 Garg 的計算機模擬向顯示,當這樣階段隨機化分散在高頻率聲子中時進行,通知作用在低頻率聲子中保留。 陳說他非常驚奇,當 Luckyanova 回來了與第一個實驗數據對熱連貫傳導確實發生的顯示 「」。

瞭解控制此凝聚的系數可能,反過來,導致改善中斷該凝聚和減少熱,陳的傳導方式說。 這是理想在熱電設備利用在一切的未使用的熱能從發電廠到電子。 這樣應用要求很好執行電的材料,但是非常拙劣地執行熱。

這個工作能也改進流洒熱,例如冷卻的計算機芯片。 這個能力集中和直接熱流能導致改善這樣設備的熱量管理。 陳說研究員不會實行這樣準確的控制,但是新的瞭解可能幫助。 瞭解此基於通知的結構 「產生您更多方式操作運輸」熱,他說。

在此實驗用於的二材料有非常相似的屬性, Luckyanova 很好說和品行電。 但是通過控制這個厚度和空間層,她說, 「我們相信我們可以操作熱量運輸」,導致為熱電設備绝緣的作用需要這种。

界面的角色材料的層的之間 「是真未瞭解的事」, Garg 說。 早先模擬在表面紋理未能包括差異的作用對這個進程,他說,但是 「我意識到有方式模擬坎坷的角色」在通過棧被移動的方式聲子層。

新的工作不僅提供控制熱流的可能性 (主要運載由與短的波長的聲子),而且控制的聲波的移動 (主要運載由長波長聲子)。 「它確實是一種根本瞭解」,陳說。

使這個工作成為可能的答案在大部分出現了通過研究員之間的交往用不同的學科,實現通過固體太陽熱量能量轉換中心,美國能源部資助的能源邊境中心,在 MIT 召開正常跨紀律會議。 「那些會議提供了確實加強本文的長,卓有成效的討論」, Luckyanova 說。 人種類這個組的 「確實鼓勵我們攻擊從所有端的此問題」。

克里斯副教授貴婦人,在加州大學伯克利分校的機械工程一位代理,說這是他知道那詳細注視著層的數量的作用在超晶格的對聲子傳輸的第一個研究。 「瞭解和控制在超晶格的熱傳遞對某些光電子設備是非常重要,并且有潛在影響熱電能量轉換」,他說。

本文的共同執筆者包括 Mildred Dresselhaus,學院 Emerita 教授; Eugene Fitzgerald,材料學和工程的 Merton C. Flemings SMA 教授; 并且幾其他。 Luckyanova 通過資金支持來自國家科學基金會畢業生研究同伴關係。

來源: http://web.mit.edu

Last Update: 16. November 2012 07:46

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