Теплопроводностью можно управлять с помощью наноструктур

Теплопроводностью можно управлять с помощью наноструктур

Представим для наглядности такую ситуацию: в горячей сауне можно с удобством расположиться на деревянной скамье или полке, температура которых достигает 100 градусов Цельсия, однако если коснуться металлического гвоздя с той же температурой, непременно будет ожог.

Разница в двух описанных случаях в том, что некоторые материалы, например, металлы, хорошо проводят высокую температуру, тогда как другие, такие как древесина, плохо. Именно поэтому обычно теплопроводность считают лишь параметром материала.

Однако теперь ученые из университета Ювяскюля, Финляндия, во главе с профессором Илари Маасилта, впервые продемонстрировали, что можно изменить теплопроводность материала на порядки величины, настраивая волноподобные свойства теплового потока с помощью наноструктур.

Результаты опубликованы в издании Nature Communications. Исследование финансировалось Академией Финляндии.

Теплопроводностью можно управлять с помощью наноструктур

Пригодились волновые свойства фононов

Высокую температуру принято понимать как множество двигающихся волн разных типов; атомы вибрируют, но не беспорядочно. Данные волны подчиняются законам квантовой механики, а это значит, что возбуждаются лишь определенные диапазоны длин волн, в зависимости от температуры.

Похожая ситуация и в тепловом излучении, где участвуют фотоны, из которых состоит также видимый свет. В случае с вибрацией материала частицы носят другое название — фононы; их описал Альберт Эйнштейн свыше 100 лет назад.

Волновая природа фононов никогда прежде не использовалась для управления передачей тепла. До сих пор передача тепла формировалась за счет помещения одного материала (например, наночастиц) внутрь другого, или за счет изменения шероховатости поверхностей. В обоих случаях фононы рассеиваются больше и потому переносят тепло менее эффективно.

И вот теперь ученые презентовали возможность изменить теплопроводность фонона, основанную на волновых свойствах частиц. Этого удалось добиться после изготовления нанопетли (так называемый фононный кристалл), чей период того же порядка, что и длина волны переносящих тепло фононов — в данном случае примерно 1 микрометр. Фононные волны взаимодействуют со структурой фононного кристалла и изменяют скорость почти на порядок. Поскольку волны перемещаются медленнее, теплопроводность сокращается. Эксперимент проводился при температуре около абсолютного нуля, чтобы увеличить длину волны тепловых фононов до масштаба, при котором становится возможным применение обычных инструментов для нанопроизводства.

В будущем данная концепция может использоваться разными способами. При низких температурах она поможет в развитии датчиков ультрачувствительного излучения, когда важен контроль над передачей тепла. Группа профессора Маасилта также проводит этот тип прикладных исследований.



Коды для вставки в блог\форум




Интересные новости
Расшифрован геном гигантского кальмара: новые загадкиРасшифрован геном гигантского кальмара: новые загадки
Из лунной пыли смогли добыть кислородИз лунной пыли смогли добыть кислород
Capella Space представил новый спутник Sequoia для съёмки Земли с высоким разрешениемCapella Space представил новый спутник Sequoia для съёмки Земли с высоким разрешением
Маск анонсировал первый пилотируемый полет Crew DragonМаск анонсировал первый пилотируемый полет Crew Dragon
SpaceX взорвала ракету Falcon 9 в рамках теста на безопасностьSpaceX взорвала ракету Falcon 9 в рамках теста на безопасность
Блок рекламы


Похожие новости

Голограмма, которую можно потрогать — технология будущегоГолограмма, которую можно потрогать — технология будущего
Батареи электромобилей теперь можно зарядить всего за 10 минутБатареи электромобилей теперь можно зарядить всего за 10 минут
Искусственный «лист» производит синтетическое топливо с помощью солнечного светаИскусственный «лист» производит синтетическое топливо с помощью солнечного света
Экзоскелет вернул парализованному возможность ходитьЭкзоскелет вернул парализованному возможность ходить
В ООН предупредили о возможном затоплении мегаполисовВ ООН предупредили о возможном затоплении мегаполисов
Facebook смогла «перевести» работу мозга в текст. Теоретически это позволит управлять устройствами силой мысли
Медики успешно вылечили ВИЧ с помощью редактирования геновМедики успешно вылечили ВИЧ с помощью редактирования генов
Технология Пентагона позволит распознавать людей на расстоянии по сердцебиению с помощью лазераТехнология Пентагона позволит распознавать людей на расстоянии по сердцебиению с помощью лазера
Как на станции «Академик Вернадский» с помощью дронов создают 3D-карты Южного полюсаКак на станции «Академик Вернадский» с помощью дронов создают 3D-карты Южного полюса
Метод 2D-укладки делает возможность печатать живые органы на шаг ближеМетод 2D-укладки делает возможность печатать живые органы на шаг ближе
Последние новости

Подгружаем последние новости