โพสต์ยอดนิยม

ตัวเลือกของบรรณาธิการ - 2019

สายไฟขนาดเล็กสามารถช่วยให้อุปกรณ์แปลงความร้อนรวมถึงความร้อนทิ้งของตัวเองเป็นไฟฟ้า

Anonim

แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของการไหลของความร้อนผ่านสายขนาดเล็กอาจช่วยพัฒนาอุปกรณ์เทอร์โมซึ่งสามารถเปลี่ยนความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพแม้กระทั่งความร้อนเสียของตัวเองไปเป็นกระแสไฟฟ้า

การโฆษณา


ได้รับการพัฒนาในรูปแบบ A * STAR ซึ่งเป็นแบบจำลองการเคลื่อนไหวของการสั่นสะเทือนที่เรียกว่า phonons ซึ่งมีหน้าที่รับผิดชอบในการแบกความร้อนในวัสดุฉนวน โดยปกติแล้วโฟนันจะเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงในสายนาโน - มีเพียงไม่กี่อะตอมที่กว้าง การคำนวณก่อนหน้านี้ชี้ให้เห็นว่าถ้าชิ้นส่วนของสายนาโนมีการจัดเรียงอะตอมที่แตกต่างกันสองแบบสุ่ม phonons จะหยุดลงในแทร็คของพวกเขา ในอะนาล็อกโลหะผสมที่เกิดขึ้นจริงแม้ว่าอะตอมของธาตุเดียวกันอาจจะรวมตัวกันเป็นกลุ่มย่อย ๆ ซึ่งประกอบไปด้วยองค์ประกอบเดียวกัน

ตอนนี้ Zhun-Yong Ong และ Gang Zhang จากสถาบัน A * STAR ของ High Performance Computing ในสิงคโปร์ได้คำนวณผลกระทบของคำสั่งดังกล่าวในระยะสั้นเกี่ยวกับพฤติกรรมของ phonons (1) ผลการวิจัยของพวกเขาชี้ให้เห็นว่าการนำความร้อนในสายนาโนไม่ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นสัมพัทธ์ของอะตอมของโลหะผสมและความแตกต่างในมวลของมัน มันก็ขึ้นอยู่กับว่าอะตอมมีการกระจายอย่างไร

โมเดลของพวกเขาจำลองอะตอมที่มีเส้นใยนาโนยาว 88 ไมครอนซึ่งประกอบด้วยอะตอม 160, 000 อะตอมของธาตุที่แตกต่างกัน 2 ชนิด พวกเขาพบว่าเมื่อมีการสั่งซื้อสายนาโนมากขึ้นมีกลุ่มขององค์ประกอบเดียวกัน - phonons ความถี่ต่ำพยายามที่จะย้าย ในทางตรงกันข้าม phonons ความถี่สูงสามารถเดินทางไกลกว่าความยาวเฉลี่ยของพื้นที่ที่สั่งซื้อในโลหะผสม "เสียงความถี่สูงความถี่สูงกว่าที่เราคิด" นายองอาจกล่าว

นักวิจัยใช้แบบจำลองเพื่อศึกษาความต้านทานความร้อนของสายนาโนที่มีส่วนผสมของซิลิคอนและอะตอมของเจอร์เมเนียมเท่ากัน การสั่งให้อะตอมระยะสั้นอนุญาตให้มี phonon ความถี่สูงสามารถเดินทางได้อย่างอิสระผ่านสายไฟทำให้มีความต้านทานความร้อนต่ำ ในทางตรงกันข้ามการกระจายอะตอมของโลหะผสมแบบสุ่มทำให้เกิดความต้านทานสูงกว่าสามเท่าของกรณีที่สั่งให้ใช้สายยาว 2.5 ไมโครเมตร "ถ้าความผิดปกตินี้สามารถเกิดขึ้นได้ในวัสดุคอมโพสิตจริง ๆ แล้วเราสามารถปรับค่าการนำความร้อนของระบบได้" นายองอาจกล่าว

การทำความเข้าใจเกี่ยวกับการมีส่วนร่วมของ phonon ที่มีความถี่ต่ำและความถี่สูงเพื่อการนำความร้อนอาจช่วยให้นักวิจัยปรับแต่งสมบัติทางความร้อนของสายนาโนในห้องปฏิบัติการได้ "ตัวอย่างเช่นการขรุขระผิวของ nanowire เป็นที่รู้จักกันเพื่อลดการมีส่วนร่วมในการนำความร้อนของคลื่นความถี่ความถี่สูง" นายองอาจกล่าว

นักวิจัยหวังว่าโมเดลของพวกเขาจะช่วยนักวิทยาศาสตร์ออกแบบวัสดุผสมที่มีการนำความร้อนต่ำ หนึ่งแอพพลิเคชันที่น่าสนใจคืออุปกรณ์เทอร์โมอิเลคทรอนิคส์ เนื่องจากอุปกรณ์เหล่านี้อาศัยความแตกต่างของความร้อนจึงเป็นที่ต้องการของการนำความร้อนต่ำเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่ดีที่สุด "

นักวิจัยจาก A * STAR ที่ร่วมวิจัยครั้งนี้มาจากสถาบัน High Performance Computing

การโฆษณา



เรื่องราวที่มา:

วัสดุที่จัดเตรียมโดย สำนักวิทยาศาสตร์เทคโนโลยีและการวิจัย (A * STAR) หมายเหตุ: อาจมีการแก้ไขเนื้อหาสำหรับรูปแบบและความยาว


Journal Reference :

  1. Zhun-Yong Ong, Gang Zhang การเพิ่มและลดการนำความร้อนแบบหนึ่งมิติที่มีความสัมพันธ์กับความผิดปกติของมวล การทบทวนทางกายภาพ B, 2014; 90 (15) DOI: 10.1103 / PhysRevB.90.155459