Ученые постоянно находятся в поиске материалов с необычными свойствами, которые могут открыть совершенно новые возможности для таких устройств, как электроника, датчики, медицинская техника или солнечные батареи. Например, аппараты магнитно-резонансной томографии (МРТ) стали возможны благодаря открытию необычного материала, способного прекрасно проводить электричество. 

Управление теплом - одна из основных задач в электронике и технике, и для ее решения используются материалы, которые либо проводят, либо изолируют тепло. Новый материал стирает эту грань, блокируя тепло в одном направлении, но проводя его в другом.

Случайные изгибы между слоями кристаллических листов блокируют прохождение тепла через слои, но при этом сохраняют хороший тепловой поток вдоль листов. Исследователи измеряют поразительную разницу в тепловом потоке в 900 раз. Даниэль Спейсек, Павел Джирак) / Университет Чалмерса

реклама

 

Электронные устройства нагреваются - это раздражающий побочный продукт, который влияет на дизайн систем, чтобы они не перегревались всякий раз, когда работают. Но поскольку электроника продолжает уменьшаться в размерах, остается все меньше места для систем охлаждения или вентиляции, и становится все сложнее уберечь чувствительные компоненты от перегрева.

В новом исследовании ученые из Чикагского университета нашли способ создания материалов, которые особенно хорошо подходят для этой работы. Вместо того, чтобы быть либо изолятором, либо проводником, эти новые материалы могут быть и тем, и другим одновременно, препятствуя прохождению тепла в одном направлении, но позволяя ему свободно перемещаться в другом.

"Одна из самых больших проблем в электронике - позаботиться о тепле в таких масштабах, потому что некоторые компоненты электроники очень неустойчивы при высоких температурах", - говорит Ши Эн Ким, первый автор исследования. "Но если мы сможем использовать материал, который может одновременно проводить тепло и изолировать его в разных направлениях, мы сможем отводить тепло от источника тепла - например, от аккумуляторной батареи - избегая при этом более уязвимые части устройства".

"Представьте себе частично завершенный кубик Рубика, слои которого повернуты в случайных направлениях", - говорит Ши Эн Ким. "Это означает, что внутри каждого слоя кристалла у нас все еще есть упорядоченная решетка атомов, но если вы перейдете на соседний слой, вы понятия не имеете, где будут находиться следующие атомы относительно предыдущего слоя - атомы совершенно беспорядочны в этом направлении".

Суть изобретения заключается в тонкой пленке дисульфида молибдена. Обычно он является отличным проводником тепла, но участники проекта обнаружили, что если сложить листы материала стопкой и слегка повернуть каждый из них, то тепло не сможет проходить между слоями в вертикальном направлении. Тем не менее, оно могло перемещаться по горизонтали через сам лист.

На практике этот метод можно использовать для создания тепловых экранов, которые не только блокируют тепло, но и отводят его. Это может не только предотвратить нагрев чувствительной находящейся рядом электроники, но и уберечь такие компоненты, как батареи, от повреждения собственным теплом.

Эта разработка может также усовершенствовать работу электроники другими способами, например, путем создания более эффективных термоэлектрических генераторов - устройств, вырабатывающих электрический ток за счет разницы температур между горячей и холодной сторонами.

" Комбинации идеальной теплопроводности в одном направлении и идеальной изоляции в другом направлении вообще не существует в природе", - сказал ведущий автор исследования Дживонг Парк, профессор химии и молекулярной инженерии Чикагского университета. "Мы надеемся, что это исследование может открыть совершенно новое направление для создания новых материалов".

Важно отметить, что разработчики говорят о том, что этот эффект может быть достигнут не только благодаря дисульфиду молибдена - они предполагают, что и другие материалы, расположенные в таком же порядке, могут его реализовать.

Ранее стало известно, что  Австралийская компания Quantum Brilliance в совместно с учеными Германии ведет разработку  компактных  квантовых компьютеров.