Тепловой экран толщиной всего 10 атомов для защиты электронных устройств

Исследователи из Стэнфорда показали, что несколько слоев атомарно тонких материалов, могут обеспечить такую ​​же изоляцию, как лист стекла в 100 раз толще.

Избыточное тепло, выделяемое смартфонами, ноутбуками и другими электронными устройствами, может раздражать, но помимо этого это приводит к сбоям в работе и, в крайних случаях, может даже привести к взрыву литиевых батарей.

10 атомов защитят электронику от перегрева

Чтобы защититься от таких проблем, инженеры часто используют стекло, пластик или даже слои воздуха в качестве изоляции, чтобы предотвратить тепловыделяющие компоненты, такие как микропроцессоры, от повреждения или дискомфорта для пользователей.

Теперь исследователи из Стэнфорда показали, что несколько слоев атомарно тонких материалов, сложенных как листы бумаги на горячих поверхностях, могут обеспечить такую ​​же изоляцию, как лист стекла в 100 раз толще. В ближайшем будущем более тонкие тепловые экраны позволят инженерам сделать электронные устройства еще более компактными, чем те, которые мы имеем сегодня, сказал Эрик Поп, профессор электротехники и старший автор статьи.

Тепло, которое мы ощущаем от смартфонов или ноутбуков, на самом деле — неслышимая форма высокочастотного звука. Если это кажется непонятным, рассмотрите основную физику. Электричество течет по проводам как поток электронов. Когда эти электроны движутся, они сталкиваются с атомами материалов, через которые они проходят. При каждом таком столкновении электрон вызывает вибрацию атома, и чем больше течет ток, тем больше происходит столкновений, и эта какофония колебаний движется через твердый материал с частотами намного выше порога слуха, генерируя энергию, которую мы ощущаем как тепло.

Размышление о тепле как о форме звука вдохновило исследователей из Стэнфорда заимствовать некоторые принципы из физического мира. Будучи диджеем на радио Стэнфорда, Эрик Поп знал, что студии звукозаписи защищены от шума благодаря толстым стеклянным окнам, которые блокируют внешний звук. Аналогичный принцип применим к теплозащитным экранам в современной электронике.

Если бы лучшая изоляция была их единственной заботой, исследователи могли бы просто позаимствовать принцип музыкальной студии и утолщать свои тепловые барьеры. Но это помешало бы попыткам сделать электронику тоньше. Их решение состояло в том, чтобы позаимствовать принцип, который применяется в многослойных окнах — обычно слои воздуха между листами стекла различной толщины — чтобы сделать дом теплее и тише.

«Мы адаптировали эту идею, создав изолятор, в котором вместо толстой стеклянной массы использовалось несколько слоев атомарно тонких материалов», — сказал доктор наук Сэм Вазири, ведущий автор статьи.

Атомарно-тонкие материалы — сравнительно недавнее открытие. Только 15 лет назад ученые смогли выделить некоторые материалы в такие тонкие слои. Первым обнаруженным примером был графен, представляющий собой один слой атомов углерода, и с тех пор, как он был обнаружен, ученые искали и экспериментировали с другими листовыми материалами. Стэнфордская команда использовала слой графена и три других листовых материала — каждый толщиной три атома — чтобы создать четырехслойный изолятор толщиной всего 10 атомов. Несмотря на свою тонкость, изолятор эффективен, потому что тепловые колебания атома ослабляются и теряют большую часть своей энергии при прохождении через каждый слой.

Чтобы сделать наноразмерные теплозащитные экраны практичными, исследователи должны будут найти какую-то технику массового производства, чтобы распылять или иным образом наносить атомно-тонкие слои материалов на электронные компоненты во время производства.

Но за непосредственной целью разработки более тонких изоляторов скрываются большие амбиции: ученые надеются однажды контролировать вибрационную энергию внутри материалов так же, как они теперь контролируют электричество и свет. Когда они начинают понимать тепло в твердых объектах как форму звука, появляется новое поле фононики, название которого происходит от греческого коренного слова, стоящего за телефоном, фонографом и фонетикой.

«Как инженеры, мы знаем достаточно много о том, как управлять электричеством, и мы научились лучше справляться со светом, но мы только начинаем понимать, как манипулировать высокочастотным звуком, который проявляется как тепло в атомном масштабе» — говорят ученые. опубликовано econet.ru  

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet