04.10.2021, 08:36
Контроль тепла — серьезная проблема в современной электронике, которая чаще всего решается за счет материалов, проводящих или изолирующих тепловое излучение. Новый материал размывает эту границу, блокируя тепло в одном направлении, но проводя его в другом.
Neuroncollective.com (Daniel Spacek, Pavel Jirak) / Chalmers University
Изменяя конфигурацию пленки из дисульфида молибдена, ученые обнаружили, что она может выполнять две совершенно разные функции одновременно
Электронные устройства нагреваются — это раздражающий факт, который вынуждает организовывать конструкцию систем так, чтобы они не перегорели во время работы. Но по мере того как электроника становится все меньше, уменьшается и место для систем охлаждения или вентиляции. В результате охлаждение чувствительных компонентов становится все более нетривиальной задачей.
В новом исследовании команда из Чикагского университета нашла способ создавать материалы, которые, кажется, решают эту проблему хотя бы отчасти. Вместо того, чтобы быть изоляторами или проводниками, новика может выступать в роли и того, и другого одновременно, предотвращая проникновение тепла в одном направлении, но позволяя ему свободно перемещаться в другом.
«Одна из самых больших проблем в электронике — это позаботиться о нагреве в масштабе, потому что некоторые компоненты электроники очень нестабильны при высоких температурах», — пояснил Ши Эн Ким, ведущий автор исследования. «Но если мы можем использовать материал, который может одновременно проводить и изолировать тепло в разных направлениях, то получим возможность отводить тепло от источника тепла (такого как, например, аккумулятор), при этом избегая более хрупких частей устройства».
Все дело в тонкой пленке дисульфида молибдена. Обычно это отличный проводник тепла, но команда обнаружила, что, складывая листы материала, а затем слегка поворачивая каждый из них, можно заблокировать возможность пропускать тепловое излучение между слоями по вертикали. При этом оно все еще может двигаться горизонтально через сам лист.
На практике этот метод можно использовать для создания тепловых экранов, которые не просто блокируют тепло, но и отводят его. Это могло не только предотвратить нагрев компонентов, таких как батареи, находящейся поблизости чувствительной электроники, но и снизить вероятность их повреждение собственным же «пойманным» теплом.
Этот метод также может улучшить электронику и другими способами: например, путем создания более эффективных термоэлектрических генераторов — устройств, которые вырабатывают электрический ток за счет разницы температур между горячей и холодной сторонами. Исследователи предположили, что этот эффект скорее всего может быть вызван не только дисульфидом молибдена — они подозревают, что другие материалы в аналогичной конфигурации могут достигать похожего эффекта.
