Bir nanotüp malzemesi ısıyı sadece bir yönde iletir

oluşturulan nanotüplerin fotoğrafı

oluşturulan nanotüplerin fotoğrafıWikimedia müşterekleri



Isı, elektrik mühendisleri için bir baş belasıdır. Elektronik cihazların güvenilirliğini azaltır ve hatta tamamen arızalanmasına neden olur. Bu nedenle bilgisayar bileşenlerine bol miktarda termal macun sürülür ve ısı borularına, fanlara ve hatta su soğutma sistemlerine bağlanır.

Amaç, ısıyı çevreye yayılabilmesi için hassas bileşenlerden uzaklaştırmaktır. Ancak cihazlar küçüldükçe zorluk daha da keskinleşiyor ve örneğin modern transistörler nanometre cinsinden ölçülüyor.





En uygun maliyetli iletkenler, bakır gibi metallerdir, ancak ısı, bunların içinden her yöne eşit derecede iyi yayılır. Bu, ısının metalle termal temas halinde olan diğer herhangi bir bileşene yayılabileceği anlamına gelir.

Daha etkili bir iletken, ısıyı bir yönde iletir, ancak dikey yönde yönlendirmez. Bu durumda, ısı böyle bir malzeme boyunca hareket eder, ancak onun üzerinden geçmez.

sineklerin beyni var mı

Bu tür asimetrik iletken, termik mühendislerinin hayatını önemli ölçüde kolaylaştıracaktır. Ama onları yaratmak zor.



Japonya'daki Tokyo Üniversitesi'nden Shingi Yamaguchi'ye ve ısıyı tam da bu şekilde ileten dikkatlice hizalanmış karbon nanotüplerden bir malzeme yaratan bir grup meslektaşa girin. Yeni madde, termal mühendislerin bilgisayarlar ve diğer cihazlar için soğutma sistemleri tasarlama ve inşa etme biçiminde devrim yaratma potansiyeline sahip.

Önce biraz arka plan. Malzeme bilimciler, karbon nanotüplerin olağanüstü iletkenler olduğunun çok iyi farkındalar. Bu küçük tüpler, 1.000 W m-1 K-1'in üzerinde bir termal iletkenliğe sahiptir. Karşılaştırıldığında, bakırın termal iletkenliği yaklaşık 400 W m-1 K-1'dir.

Sorun, malzeme bilimcilerin nanotüplerden toplu bir malzeme yapmaya çalıştıklarında ortaya çıkıyor. Bunu, tüplerin plastik bir alt tabakaya yerleşerek bir tabaka oluşturmasına izin vererek yaparlar. Ancak nanotüpler kötü hizalanmış veya rastgele düzenlenmiş olma eğilimindedir.

Sonuç olarak, birbirleriyle zayıf termal temas halindedirler ve bu, dökme malzemenin iletkenliğini azaltır. Yamaguchi ve ortakları, hizalanmış karbon nanotüp düzeneklerinde tek tek karbon nanotüplerin yüksek termal iletkenliğini kullanmak için bu yapısal eksiklikleri ortadan kaldırmak esastır, diyor.



Çözümleri basittir: karbon nanotüplerin tam olarak hizalandığı ve bu nedenle uçtan uca iyi bir termal temas içinde olduğu bir malzeme oluştururlar.

Nanotüpler

Bu, kontrollü vakum filtrasyonu olarak bilinen bir teknik sayesinde mümkündür. 2012'de fizikçiler, belirli koşullarda yüzen karbon nanotüplerin, hepsinin bir kristalde olduğu gibi hizalandığı kendi kendine organize bir yapı oluşturabileceğini keşfettiler.

Nanotüpler önce yüzey gerilimini azaltan bir yüzey aktif madde içeren bir sıvı içinde karıştırılır. Nanotüplerin konsantrasyonunun belirli bir kritik seviyenin altında olması şartıyla, sıvının yüzeyinde kendi kendine organize olmaya başlarlar ve yoğun bir şekilde hizalanırlar.

kanser kokusundan ölmek

Sıvı daha sonra, nanotüpleri geride bırakarak, bir vakum kullanılarak bir filtreden dikkatlice ve yavaşça emilerek çıkarılır. Sonuç, bazı olağanüstü özelliklere sahip, yüksek düzeyde hizalanmış nanotüplerden oluşan ince bir tabakadır.

Yamaguchi ve arkadaşları, yeni malzemenin ısıyı 43 W m-1 K-1 ısıl iletkenliği ile nanotüp hizalaması yönünde ilettiğini söylüyor. Buna karşılık, dikey yöndeki iletkenlik 0.085 W m-1 K-1'de üç büyüklük sırası daha küçüktür, yaklaşık olarak fiberglas ile aynıdır.

Başka bir deyişle, malzeme bir yönde diğerinden 500 kat daha iyidir - bu tür malzemeler için şimdiye kadar gözlemlenen en büyük asimetri.

Nedeni basit. Nanotüpler uçtan uca termal temasta olduklarında, ısı birinden diğerine kolayca geçer. Ancak, temas ayak izi yan yana tüpler için çok küçük olduğundan, tüpler uzunlukları boyunca iyi bir termal temas içinde değildir.

Yamaguchi ve ekibi, yeni malzemelerinin sınırlamalarına dikkat çekiyor. Son derece asimetrik özelliklere sahip olmasına rağmen, en yüksek termal iletkenliği sadece 43 W m-1 K-1'dir, yaklaşık olarak kalay/kurşun lehim ile aynıdır.

Ancak, tek karbon nanotüplerle karşılaştırıldığında neden bu kadar düşük olduğunu bildiklerini düşünüyorlar. Nanotüpler uçtan uca termal temas halinde olsalar da bu temasın mükemmel olmadığını söylüyorlar. Isının bir nanotüpten diğerine yapması gereken her atlama, termal iletkenliği azaltır. Tüpler ne kadar kısa olursa, o kadar fazla atlama gerekir.

Yamaguchi ve arkadaşları, sadece 200 nanometre uzunluğunda nanotüpler kullanıyor. Bu, [nanotüp hizalama yönündeki termal iletkenliğin] daha uzun bileşenli karbon nanotüplerle daha da büyük olabileceğini öne sürüyorlar.

Daha uzun nanotüplerden benzer bir malzeme yapmak her zaman kolay olmayacaktır. Hizalanmış filmleri oluşturan kendi kendini organize eden davranış, daha uzun nanotüpler için daha zordur. Ancak bu tür malzeme bilimi mücadelesi kesinlikle Yamaguchi ve diğerlerinin ilgisini çekecektir. Hiç şüphe yok ki, ısı mühendisleri parmaklarını çapraz tutarak deneyler zaten devam ediyor.

yapay zeka siber saldırılar

Referans: arxiv.org/abs/1911.11340 : Yoğun Hizalanmış Tek Duvarlı Karbon Nanotüp Filmlerde Tek Yönlü Termal Taşıma

saklamak

Gerçek Teknolojiler

Kategori

Kategorize Edilmemiş

Teknoloji

Biyoteknoloji

Teknoloji Politikası

İklim Değişikliği

İnsan Ve Teknoloji

Silikon Vadisi

Bilgi Işlem

Mit Haber Dergisi

Yapay Zeka

Uzay

Akıllı Şehirler

Blok Zinciri

Özellik Hikayesi

Mezun Profili

Mezun Bağlantısı

Mit Haber Özelliği

1865

Benim Görüşüm

77 Toplu Cadde

Yazarla Tanışın

Cömertlik Içindeki Profiller

Kampüste Görüldü

Mezun Mektupları

Haberler

Seçim 2020

İle Indeksi

Kubbenin Altında

Yangın Hortumu

Sonsuz Hikayeler

Pandemi Teknoloji Projesi

Başkandan

Kapak Hikayesi

Fotoğraf Galerisi

Tavsiye