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.




!

Если для Вас конкретно эта новость оказалась важной или интересной - пожалуйста, поделитесь ею в своей любимой социальной сети с помощью кнопок, расположенных под этим текстом. Это поможет нам в будущем делать более качественную подборку материалов, исходя из Ваших потребностей\интересов.




Коды для вставки в блог\форум

blog comments powered by Disqus


Вспомним другие новости из этого раздела?


Наука и техника

←+Ctrl+→

Интересные новости
Начинается строительство Тридцатиметрового телескопаНачинается строительство Тридцатиметрового телескопа
В Украине до 2023 года английский станет обязательным для поступления в вузы. Часть лекций тоже будет на нем
В центре SpaceX по разработке космического корабля Starship во Флориде произошёл пожарВ центре SpaceX по разработке космического корабля Starship во Флориде произошёл пожар
Бактерии производят высококачественный графен: технология будущегоБактерии производят высококачественный графен: технология будущего
Норвегия зафиксировала утечку радиации на затонувшей советской подлодке "Комсомолец"Норвегия зафиксировала утечку радиации на затонувшей советской подлодке "Комсомолец"
Блок рекламы


Похожие новости

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
У Проксимы Центавра, возможно, есть вторая планетаУ Проксимы Центавра, возможно, есть вторая планета
NASA рассматривает возможность отправки зонда к гигантскому астероидуNASA рассматривает возможность отправки зонда к гигантскому астероиду
Учеников школ ЮАР будут готовить к меняющемуся миру с помощью раннего программированияУчеников школ ЮАР будут готовить к меняющемуся миру с помощью раннего программирования
Подтверждён первый кандидат в экзопланеты, найденный с помощью телескопа KeplerПодтверждён первый кандидат в экзопланеты, найденный с помощью телескопа Kepler
Видео дня: «мягкая» роботизированная рука BionicSoftHand учится новым навыкам с помощью ИИВидео дня: «мягкая» роботизированная рука BionicSoftHand учится новым навыкам с помощью ИИ
Хакеры взломали систему биометрии с помощью восковой рукиХакеры взломали систему биометрии с помощью восковой руки
Последние новости

Подгружаем последние новости