Revolúcia v riadení tepla. Vedci zvýšili efektivitu o 300 % a otvorili cestu k výkonnejším zariadeniam
Moderné elektronické zariadenia sú čoraz výkonnejšie a s rastúcim výkonom rastie aj jeden z ich najväčších technických problémov a to, ako efektívne materiály dokážu teplo odvádzať alebo naopak udržať.
Dostaň Fontech do svojich Google odporúčaní
Pridať ako preferovaný zdroj Fontech, odkaz sa otvorí v novom okneNadmerné zahrievanie totiž môže výrazne znižovať výkon polovodičových čipov, skracovať životnosť elektronických komponentov a zároveň predstavuje jeden z limitov ďalšieho technologického pokroku v oblasti výpočtovej techniky, energetiky či priemyselných systémov.
Vedci z amerického Oak Ridge National Laboratory teraz predstavili objav, ktorý by mohol zásadne zmeniť spôsob riadenia tepelnej energie v pevných materiáloch. Pomocou elektrického poľa sa im podarilo ovplyvniť správanie atómových vibrácií v špeciálnom keramickom materiáli tak, že prenos tepla sa zvýšil takmer o 300 percent. O výsledkoch výskumu informuje portál Interesting Engineering.
Elektrické pole mení tok tepla
Výskumný tím z Oak Ridge National Laboratory spolupracoval aj s vedcami z The Ohio State University a spoločnosti Amphenol Corporation. Ich experiment ukázal, že tok tepla v pevnom materiáli možno výrazne meniť pomocou elektrického poľa, ktoré ovplyvňuje správanie tzv. fonónov.
Fonóny predstavujú kvantované vibrácie atómov v kryštalickej mriežke materiálu a práve tieto vibrácie prenášajú tepelnú energiu. Ak sa ich pohyb podarí kontrolovať, je možné riadiť aj to, ako rýchlo a akým smerom sa teplo šíri.
Vedci zistili, že po aplikovaní elektrického poľa sa fonóny pohybujúce sa v jeho smere dokážu šíriť ďalej a pretrvávajú dlhšie než vibrácie v iných smeroch. V dôsledku toho sa tepelná energia začína prenášať výrazne efektívnejšie pozdĺž smeru elektrického poľa.
„Schopnosť riadiť nielen rýchlosť, ale aj spôsob šírenia tepla môže viesť k zariadeniam, ktoré budú spravovať tepelnú energiu oveľa efektívnejšie,“ uviedla výskumníčka Puspa Upreti z Oak Ridge National Laboratory.

Podľa vedcov ide o výrazný pokrok oproti predchádzajúcim experimentom. V minulosti sa totiž pri podobných materiáloch podarilo zvýšiť tepelnú vodivosť len približne o 5 až 10 percent. Nový prístup však dosiahol zlepšenie takmer o 300 percent, čo predstavuje zásadný skok v oblasti riadenia tepelného transportu.
Výskumníci tento efekt potvrdili kombináciou meraní tepelnej vodivosti a pokročilých neutrónových experimentov. Tie prebiehali v zariadení Spallation Neutron Source v Oak Ridge National Laboratory, ktoré patrí medzi najvýkonnejšie neutrónové výskumné zariadenia na svete.
Pomocou rozptylu neutrónov dokázali vedci sledovať nielen štruktúru materiálu, ale aj pohyb atómov v kryštálovej mriežke. Práve tieto merania umožnili presne určiť, ako sa správanie fonónov mení po aplikovaní elektrického poľa.
Inteligentná keramika
Experiment sa zameral na špeciálny typ tzv. feroelektrickej keramickej látky relaxorového typu. V takýchto materiáloch elektrické pole dokáže usporiadať malé elektrické náboje v kryštálovej štruktúre.
Toto usporiadanie následne znižuje rozptyl fonónov a umožňuje im pohybovať sa cez materiál efektívnejšie. Výsledkom je výrazne vyššia tepelná vodivosť v smere elektrického poľa.
Vedci zároveň pozorovali potlačenie nanoskopických antiferroelektrických fluktuácií v materiáli, čo podľa nich predlžuje životnosť fonónov a umožňuje efektívnejší prenos energie.
Schopnosť presne riadiť tok tepla by mohla mať veľký význam pre množstvo moderných technológií. Patrí medzi ne napríklad chladenie elektronických zariadení bez pohyblivých častí, energetické systémy premieňajúce teplo na elektrinu, polovodičové obvody alebo priemyselné systémy na využívanie odpadového tepla.
Efektívne riadenie tepelnej energie je totiž jednou z hlavných výziev pri vývoji výkonných procesorov, batérií či energetických zariadení novej generácie. Výsledky výskumu boli publikované v odbornom vedeckom časopise PRX Energy a podľa vedcov predstavujú nový prístup k vývoju technológií, ktoré dokážu aktívne riadiť šírenie tepla v pevných materiáloch.
V budúcnosti by tak mohli vzniknúť nové typy inteligentných materiálov, ktoré budú schopné dynamicky regulovať tok tepelnej energie v elektronických a energetických systémoch.
Čítajte viac z kategórie: Novinky
Ďakujeme, že čítaš Fontech. V prípade, že máš postreh alebo si našiel v článku chybu, napíš nám na redakcia@fontech.sk.
Teraz čítajú

Taiwan dostal varovný signál. Čína sa pripravuje na vojnový režim, schválila šokujúci zákon

Toyota prišla o prvenstvo. Nové SUV obľúbenej automobilky zahanbilo bežné plug-in hybridy

Plyn prehral vo všetkých troch prepočtoch. Najlacnejšie kúrenie na Slovensku však má veľký háčik

Čínska cenová vojna si vyberá svoju daň. Chystá sa spojenie dvoch automobilových gigantov

22 rokov sa ho snažia natočiť. Legendárny horor sa vráti ako seriál, takto vyzerá
NAJČÍTANEJŠIE ZO STARTITUP

Ročne ju odhalia asi 400 Slovákom. 3-ročnému chlapcovi po 2 dávkach experimentálnej liečby zmizli známky rakoviny

Bankomaty obľúbenej banky na Slovensku postupne miznú: Za pár mesiacov ich ubudlo 15

Špičkový hepatológ nedá dopustiť na jednoduchý zvyk: Dve bežné potraviny ti ochránia pečeň pred nebezpečnou cirhózou

Na Slovensku má 1 330 eur mesačne v hrubom. Učiteľ v Luxembursku zarobí 100-tisíc eur ročne (REBRÍČEK)

Neotvára 80 % e-mailov, obeduje 2 hodiny a neplánuje si pracovný program. Jej aplikáciu používa 85 miliónov ľudí
- 24 hod
- 48 hod
- 7 dní
-
- Veľmoc hlási masívny nález uránu. 110 miliónov ton rudy môže urýchliť jej veľké jadrové plány
- 4 nové stanice úplne zadarmo. Veľký operátor rozširuje ponuku pre Slovákov
- Náš sused predstavil dron novej generácie. Na cieľ zaútočí rýchlosťou až 450 km/h
- Brusel spustil veľkú reformu áut. Vodičov zatiaľ neobmedzí, výrobcov však čaká tvrdá zmena
- Zapíš si tento dátum. Kiná po celom Slovensku budú dostupné za pár drobných
-
- Náš sused predstavil dron novej generácie. Na cieľ zaútočí rýchlosťou až 450 km/h
- 4 nové stanice úplne zadarmo. Veľký operátor rozširuje ponuku pre Slovákov
- Slováci vytvorili AI videoklip a uspeli s ním až Hollywoode. Stačilo im na to len 300 dolárov
- 12 000 objednávok za 24 hodín: Nové čínske SUV láme rekordy, má skvelé parametre
- Zapíš si tento dátum. Kiná po celom Slovensku budú dostupné za pár drobných
-
- Náš sused predstavil dron novej generácie. Na cieľ zaútočí rýchlosťou až 450 km/h
- Slováci vytvorili AI videoklip a uspeli s ním až Hollywoode. Stačilo im na to len 300 dolárov
- Zapíš si tento dátum. Kiná po celom Slovensku budú dostupné za pár drobných
- 4 nové stanice úplne zadarmo. Veľký operátor rozširuje ponuku pre Slovákov
- 12 000 objednávok za 24 hodín: Nové čínske SUV láme rekordy, má skvelé parametre
Volkswagen prepustí až 100-tisíc ľudí. Z Nemecka napriek tomu zazneli prekvapivé slová
Európa čakala veľký solárny prepad. Zatmenie ukázalo, prečo veľké číslo pre Slovensko neplatilo
Výrobcom počítačov a mobilov končí obľúbený trik. EÚ prísne skoncuje s falošnou ekológiou
Má stáť zelená energia 120 eur za MWh? ÚRSO označil zelenú energiu za drahý omyl, pravda je iná
Európa chcela odstrihnúť Putina, deje sa však opak. Dovoz ruského LNG prudko vzrástol
USA chystajú vesmírny štít za 160 miliárd eur. Prvý ostrý zásah príde v roku 2029
Mochovce dosiahli kľúčový míľnik. Štvrtý blok už rozbehol jadrovú reakciu
NAJČÍTANEJŠIE ZO STARTITUP

Ročne ju odhalia asi 400 Slovákom. 3-ročnému chlapcovi po 2 dávkach experimentálnej liečby zmizli známky rakoviny

Bankomaty obľúbenej banky na Slovensku postupne miznú: Za pár mesiacov ich ubudlo 15

Špičkový hepatológ nedá dopustiť na jednoduchý zvyk: Dve bežné potraviny ti ochránia pečeň pred nebezpečnou cirhózou

Na Slovensku má 1 330 eur mesačne v hrubom. Učiteľ v Luxembursku zarobí 100-tisíc eur ročne (REBRÍČEK)

