Журнал Nature Nanotechnology опубликовал финансируемое армией исследование исследователей из Мичиганского университета, которое впервые показало, как можно построить термопереключатель в нанометровом масштабе, используя наноразмерные эффекты, возникающие при передаче тепла между горячей и холодной мембраной наноразмерной толщины с помощью теплового излучения. радиация.
По сравнению с огромным набором устройств, таких как транзисторы и диоды, которые доступны для управления потоком электричества, в настоящее время существует очень мало предложений по управлению потоком тепла, особенно в наномасштабе.
Чтобы преодолеть эту проблему, исследователи изучают наноразмерные явления, которые могут позволить создать новые функциональные тепловые устройства.
«Приятно видеть, как армия инвестирует в фундаментальные исследования, ведущие к открытию новых эффектов и демонстрации концепций новых тепловых устройств», – сказал д-р. Чакрапани Варанаси, руководитель программы в Исследовательском офисе армии, член U.S.
Лаборатория армейских исследований Командования развития боевых возможностей армии. «Эти результаты могут оказать сильное влияние на управление температурным режимом для вычислений следующего поколения для военных."
Стратегия модернизации сети армии предназначена для того, чтобы армия могла сражаться сегодня вечером, а также активно искать решения следующего поколения, чтобы опережать потенциальных противников.
Открытие, сделанное в 2018 году исследовательской группой, которое показало, как тепло передается в предпочтительных направлениях от наноразмерных мембран, привело доктора.
Дакота Томпсон, ведущий автор исследования 2018 года, приступит к изучению потенциальных приложений.
«После некоторых размышлений нам стало очевидно, что мы потенциально можем создать тепловой выключатель, контролируя эмиссионные свойства наномембран, помещая третий объект в непосредственной близости от наномембраны», – сказал доктор.
Эдгар Мейхофер, профессор машиностроения в Мичиганском университете.
Чтобы проверить эту гипотезу, Томпсон разработал схему, в которой плоский объект может быть помещен в непосредственной близости (микроны) от двух копланарных мембран, которые обмениваются теплом.
«Для достижения этой сложной цели я изготовил нанотехнологии подвесные калориметрические устройства с беспрецедентным калориметрическим разрешением и плоский объект в форме мезы и контролировал разделение между ними с помощью специально разработанного нанопозиционера», – сказал Томпсон.
Из этих экспериментов авторы смогли показать, что теплопередачу между наноразмерными мембранами можно включать и выключать, просто изменяя расстояние между мембранами и плоской мезой.
Чтобы сделать точные численные прогнозы экспериментальных наблюдений, Dr. Линьсяо Чжу, научный сотрудник из Мичигана, и Томпсон выполнили подробные расчеты, которые показали, как наблюдения могут быть количественно связаны с тем, как распространение света, который является переносчиком тепла, от одной мембраны к другой препятствует плоская меза, которая может либо поглощать свет, распространяющийся между мембранами, либо отражать его от мембран.
Ученые из армейской исследовательской лаборатории CCDC внимательно следят за этим исследованием, чтобы использовать эти разработки для создания новых армейских устройств.