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    • 芝加哥大学发明出导热性超好的高效绝热体

      芝加哥大学发明出导热性超好的高效绝热体插图

      所有活动都会产生热量。过多的热会磨损电池和电子元件,所以CPU等元件需要风扇冷却。

      芝加哥大学的科学家们发明了一种在微观层面传导热量的新方法:用一种创新技术制造的热绝缘体。他们将超薄的结晶片层叠在一起,但将每层稍稍旋转,创造出一种原子在一个方向上排列有序但在另一个方向上无序的材料。

      普利兹克分子工程学院的研究生Shi En Kim是这项研究的第一作者,他说:”想想一个部分完成的魔方,各层都以随机方向旋转。这意味着在晶体的每一层内,我们仍然有一个有序的原子晶格,但是如果你移动到邻近的一层,你不知道下一个原子相对于前一层会在哪里。”

      结果就是是一种既能吸收热量又能传导热量的材料,尽管实现不同特性的方向不同–这是在微尺度上不寻常的能力,而且可能在电子和其他技术领域有非常有价值的应用。

      该研究的主要作者、芝加哥大学化学和分子工程教授Jiwoong Park说:”在一个方向上是优秀导热性和在另一个方向上是优秀绝缘性的组合在自然界中根本不存在。我们希望这可以为制造新型材料开辟一个全新的方向。”

      科学家们一直在寻找具有不寻常特性的材料,因为它们可以赋予电子、传感器、医疗技术或太阳能电池等设备更加神奇的性能。例如,由于发现了一种可以完美导电的奇怪材料,核磁共振才得以实现。

      Park的团队一直在研究如何制造极薄的材料层,这些材料只有几个原子厚。通常情况下,用于设备的材料是由极其规则、重复的原子格子组成的,这使得电(和热)非常容易在材料中移动。但是,科学家们想知道,如果他们在堆叠每一个连续的层时反而稍微旋转一下,会发生什么。

      他们测量了样品,发现由这种材料在绝热方面非常高效。”热传导率低得惊人,与空气一样低,而空气仍然是我们所知的最好的绝缘体之一。这本身已令人惊讶,因为在一种致密的固体材料中发现这种特性是非常不寻常的–这些材料往往是良好的热导体。”

      但是真正让科学家们感到兴奋的一点是,当他们测量该材料沿着表面的传热性时,不可思议的结果出现了:导热性良好。

      这两种特性结合起来可能非常有用。例如,将计算机芯片做得越来越小,导致越来越多的功率通过一个小空间,创造了一个具有高 “功率密度” 的环境–一个危险的热点。

      Kim说:”那像把它们放在微波炉里一样。电子学的最大挑战之一是在这种规模下处理热,因为电子学的一些组件在高温下非常不稳定。但是,如果能够使用一种既能导热又能在不同方向隔热的材料,我们就能从热源–比如电池–抽走热量,同时避免它们流向脆弱的元件。”

      这种能力可以打开大门,对那些对热敏感的材料进行实验,而这些材料对工程师来说是无法在电子领域使用的。此外,创造一个极端的热梯度–东西在一边很热,另一边很冷–是很难做到的,尤其是在如此小的尺度上。

      科学家们目前只在一种叫做二硫化钼的材料中测试了他们的分层技术,但认为这种机制应该在许多其他材料中具有普遍性。”Kim说,”我希望这为制造奇特的热导体开辟了一个全新的方向。

      广东·东莞
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