Исследователи из Школы инженерии и прикладных наук Университета Вирджинии (США) открыли способ создания универсального теплопроводника с перспективой создания более энергоэффективных электронных устройств, экологичных зданий и для освоения космоса. Об этом сообщает портал TechXplore. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.

Группа ученых из Университета Вирджинии показала в своем новом исследовании, что ранее известный материал – цирконат свинца, используемый в электронном оборудовании, можно использовать также в качестве терморегулятора, если привести его в сверхчистую форму. В таком варианте образуется новый класс материалов, который дает возможность превращать теплоизолятор в проводник и наоборот.

Исследователи изобрели теплопроводник, который упростит освоение космоса и других планет

Подобное двунаправленное управление или «настройка» теплопроводящих материалов будет особенно полезно в электронике и устройствах, которые должны работать при экстремальных температурах или выдерживать экстремальные температурные колебания. Один из сценариев таких суровых условий – это космос.

«Колебания температуры в космосе могут быть довольно сильными. Марсоход – яркий тому пример», – отметил Киумарс Ариана, один из авторов исследования.

Температура в местах, где действует марсоход, колеблется от +35 °C днем и до −125 °С ночью, а на полюсах Марса эти перепады еще больше. Чтобы электронные устройства работали в таких условиях, марсоход использует изоляционную коробку, нагреватели и радиаторы.

«Наш новый режим управления теплом значительно менее сложен и означает, что регулированием тепла управлять легче и быстрее. Там, где радиатору или изоляции требуется много времени, чтобы начать нагрев или охлаждение, твердотельный механизм будет действовать почти мгновенно, что также повышает безопасность конструкции», – подчеркнул Ариана.

Но и на Земле, многообещающие области применения включают более эффективное управление отоплением и охлаждением и в больших масштабах, таких как здания, и в небольших устройствах, таких как печатные платы для электроники. Меньше энергии означает более экологичные технологии и более низкие затраты.

Руководители данного исследования – профессор материаловедения Джон Илефельд и профессора инженерии Патрик Э. Хопкинс и Уитни Стоун из Университета Вирджинии изучают совершенствование свойств теплопроводности уже в течение десяти лет. Они открыли, что возможность перестройки теплопроводящих свойств уникальны для класса функциональных материалов, называемых сегнетоэлектриками.

«Сегнетоэлектрический материал подобен магниту, за исключением того, что вместо северного и южного полюсов у вас есть положительный и отрицательный заряд», – пояснил Илефельд.

Электрическое поле или напряжение при приложении к ферроэлектрическому материалу «переворачивает» полярность поверхности материала в противоположное состояние, где она остается до тех пор, пока не будет приложено противоположное напряжение.

Смена полярности и расположение атомов в кристалле, которые поддерживают антисегнетоэлектрическую структуру, приводит к наблюдаемым и измеримым явлениям теплового рассеяния. Из этого следовало, что энергия рассеивается через материал способами, которые можно предсказать и контролировать.

«Обычно теплопроводность считается статическим свойством материала. Но если требуется превратить проводник тепла в изолятор, следует навсегда изменить его структуру или интегрировать его с новым материалом», – дополнил Хопкинс.

Предыдущее исследование Илефельда и Хопкинса продемонстрировало, как снизить теплопроводность с помощью электрического поля и как интегрировать материал в устройство, чтобы повысить теплопроводность, но они не могли заставить один и тот же материал выполнять и то, и другое. Для этого проекта команда исследователей использовала антисегнетоэлектрический материал, в котором участвуют как тепло, так и напряжение.

«Мы пытались использовать коммерческий образец цирконата свинца для тестирования двунаправленной теплопроводности, но это не сработало», – рассказал Ариана.

Но затем Лейн Мартин, профессор материаловедения из Калифорнийского университета в Беркли, предоставил сверхчистый образец цирконата свинца. Используя этот образец, исследователи добились двунаправленного изменения теплопроводности на 38% за один всплеск, что стало крупным прорывом.

Для практического внедрения в будущие технологии, инженерам группы Илефельда-Хопкинса в дальнейших исследованиях потребуется более крупный переключатель, чтобы быстро перемещать или сохранять гораздо больший процент тепла. Другие следующие шаги исследовательской группы включают в себя работу по более точному определению ограничений материала, чтобы они могли разработать новый материал с более высокими коэффициентами переключения, ускоряя использование материалов с активной настройкой теплопроводности.

Ранее мы сообщали, что ученым удалось создать новый лёгкий материал с невероятной прочностью.

Вам может понравиться

Прототип WD-TENG добился эффективной генерации энергии из силы морских волн

Прототип трибоэлектрического наногенератора с волновым приводом (сокращенно WD-TENG), совместно разработанный исследователями из Китая и Австралии, смог добиться показателей получения экономически эффективного электричества. Об этом сообщает австралийский портал Mirage News. Перевод

Стартап в США создал перезаряжаемое безопасное жидкое наноэлектротопливо для аккумуляторов

Компания-стартап Influit Energy, действующая при Иллинойском технологическом институте в Чикаго (IIT), разработала пять отдельных проектов в качестве компонентов инновационной замкнутой энергетической экосистемы. Об этом сообщает официальный сайт IIT. Перевод основных

Растяжимый чип на коже анализирует данные о состоянии здоровья с помощью ИИ

Исследователи из Притцкеровской школы молекулярной инженерии (PME) Чикагского университета в США разработали в качестве «умного пластыря» гибкий и растяжимый вычислительный чип, который обрабатывает информацию, используя встроенные элементы искусственного интеллекта (ИИ).
Погода в России: