کنترل گرما با استفاده از تداخل فونونها
تحقیقات اخیر بر امکان استفاده از اثرات تداخلی در امواج فونونها متمرکز هستند تا انتقال گرما در مواد را کنترل کنند.
به گزارش خبرنگار فن‌آوری‌های نوین گروه علمی پزشكی باشگاه خبرنگاران به نقل از سایت PHYS.OR، MALDOVAN استادیار دانشگاه جورجیا دستگاه کوچک حرارتی در دست دارد که وقتی جریان اعمال می‌شود یک طرف آن سرد می‌شود.
علاقه رو به رشد در مواد ترموالکتریک ( که گرمای تلف شده را به برق فشار، برای بهبود انتقال گرما از دستگاه‌های میکروالکترونیک قدرتمند تبدیل می‌کند) به بهبود درک نظری و تجربی چگونگی انتقال گرما از طریق مواد در مقیاس نانو منجر می‌شود.
تحقیقات اخیر بر امکان استفاده از اثرات داخلی در امواج فونون برای کنترل انتقال حرارت در مواد متمرکز شده است. تداخل امواج در حال حاضر برای کنترل دستگاه‌های الکترونیکی، فوتونیک و اکوستیک استفاده می‌شود.
اگر یک روش مشابه در انتقال حرارت بتوان استفاده کرد که قادر به توسعه تاثیر دستگاه‌های نانوالکترونیک و ترموالکتریک باشد، می‌تواند پوشش سد حرارتی و مواد جدید با رسانش حرارتی خیلی پایین را نیز بهبود ببخشد.
مارتین مالدون استادیار دانشکده مهندسی بیولوژیکی شیمیایی جورجیا می‌گوید: اگر بتوان رفتار گرمایی را به عنوان موج تعریف کرد. می‌توان اساسا تمام خواص انتقال گرما را نیز کنترل کرد که این راه، راه جدیدی برای درک و دستکاری گرما می‌باشد.
در تعریف کلاسیک حرارت شامل ارتعاشات در شبکه‌های اتمی مواد است،ارتعاشات بیشتر در ساختار مواد، مواد را داغ‌تر می‌کند، همانطور که نور سفید ترکیبی از رنگهای مختلف نور است، این فونونهای حرارتی نیز از فرکانس‌های مختلفی که مقادیر متفاوت از حرارت را منتقل می‌کنند، تشکیل شده‌اند.
تحولات اخیر نشان داده‌اند که فونونهای حرارتی می‌توانند با بازتاب خود تداخل کند. همچنین فونوهای حرارتی به عنوان امواجی شبیه به امواج الکترونیک، فونونیک و اکوستیک وجود دارند.
این تداخل می‌تواند به صورت بالقوه برای تغییر سرعت فونونها و چگالی حالتها، تشکیل باند گپ انرژی مورد استفاده قرار بگیرند تا به حال انتقال حرارت در مواد نانو ساختار را به وسیله تعریف ناخالصی‌ها، سطوح و نانوذرات در مقیاس اتمی کنترل کرده‌اند که جریان گرما را توسط انتشار پراکنده فونونها کاهش می‌دهد. کنترل اثرات موج می‌تواند رویکردهای جدید شامل انعکاس‌های دیجیتال و انتقال ارتعاشات حرارتی در تداخل‌ها را تسهیل کند.
با توجه به دستیابی به موفقیتهای قابل توجهی هنگام استفاده از تداخل امواج فوتونیک، فونونیک الکترونیک برای دستکاری الکترونها، استفاده از این روش برای گسترش نظریه‌های ارتعاشات حرارتی و در نتیجه ایجاد یک رویکرد بنیادی جدید برای دستکاری جریان گرما را ارزشمند می‌کند.
مواد ترمودینامیک گرمای تلف شده را از منابع مانند اگزوز خودرو و یا فرآیندهای صنعتی برای تولید برق را می‌گیرد، توسعه این مواد نیازمند کاهش رسانایی حرارتی برای بهبود بهره‌وری آنها خواهد بود. از سوی دیگر طراحان میکروالکترونیک خواهان افزایش رسانایی حرارتی جهت انتقال گرما از دستگاه‌های قدرتمند و کوچک هستند.
توسعه دهندگان سلولهای سوختی و سایر دستگاه‌های تبدیل نیز به بهبود کنترل گرما نیاز دارند.
MALDOVAN می‌گوید: این پدیده موجی جدید می‌تواند برای ایجاد مواد با رسانش گرمایی پایین استفاده شود. محققان در حال تلاش برای ایجاد یک باند گپ گرمایی هستند که کار بسیار مشکلی است.
دانشمندان در حال ایجاد یک باند گپ در مواد اکوستیک و فونونیک هستند این گونه مواد شامل سیلیکون و ژرمانیم، گالیم و آلومینیوم آرسیند و اکسید ابرشبکه خاص هستند.
انتهای پیام/
با تشکر از مطالب مفید و ارزشمنذتان امانش هست که متن کامل این مقاله را داشته باشم.با تشکر.