Vedcom sa podaril veľký fyzikálny prelom. Zrýchlili prenos tepla o takmer 300 %
Predstav si, že by si dokázal usmerniť teplo v procesore tak jednoducho, ako usmerňuješ tok elektrického prúdu. Presne to sa podarilo tímu vedcov z Oak Ridge National Laboratory (ORNL) v spolupráci s The Ohio State University a spoločnosťou Amphenol Corporation. Objavili neuveriteľne efektívny spôsob, ako pomocou elektrického poľa kontrolovať šírenie tepla cez pevné látky, pričom jeho prietok dokázali zvýšiť o ohromujúcich 300 percent.
Dostaň Fontech do svojich Google odporúčaní
Pridať ako preferovaný zdroj Fontech, odkaz sa otvorí v novom okneTento objav otriasa doterajšími predpokladmi o tepelnom transporte. V budúcnosti by mohol viesť k revolúcii v chladení čipov, efektívnejším energetickým zariadeniam a novým možnostiam recyklácie odpadového tepla. Podobne ako pri inom nedávnom objave, kedy vedci vyriešili záhadu kovu topiaceho sa v ruke, čo si vyžiadalo prepísanie učebníc chémie, aj tento fyzikálny trik búra doterajšie predstavy o správaní sa hmoty.
Výskumníci sa zamerali na to, ako teplo vlastne v materiáloch cestuje na atomárnej úrovni. Ako vyplynulo z najnovších zistení publikovaných vo vedeckom časopise PRX Energy, tajomstvo úspechu spočíva v manipulácii s takzvanými fonónmi. To sú drobné kvantá vibrácií kryštálovej mriežky, ktoré majú v pevných látkach na starosti prenos tepla. Ak sa tieto vibrácie chaoticky narážajú, teplo sa šíri pomaly. Elektrické pole však v tomto prípade zafungovalo ako nekompromisný policajt riadiaci dopravu.
„Schopnosť kontrolovať rýchlosť aj spôsob, akým teplo prúdi, by mohla viesť k zariadeniam, ktoré riadia tepelnú energiu oveľa efektívnejšie,“ vysvetľuje Puspa Upreti, postdoktorand z ORNL. Vďaka elektrickému poľu totiž vibrácie prežili oveľa dlhšie bez toho, aby sa rozptýlili alebo navzájom zrazili.
Keď elektrina uprace atómy do radu
Vedci pri svojich experimentoch použili špeciálny typ keramiky – takzvané relaxorové feroelektriká. Keď na tento materiál aplikovali elektrické pole, drobné elektrické náboje vo vnútri kryštálu sa okamžite usporiadali v jednom smere. Toto usmernenie dramaticky znížilo prekážky, ktoré normálne stoja v ceste pohybujúcim sa fonónom.
Výsledok? Vibračné vlny nesúce teplo sa šírili v smere elektrického poľa oveľa ďalej a rýchlejšie. Predstaviť si to môžeš ako uvoľnenie upchatej diaľnice – namiesto neustáleho brzdenia a narážania do seba mohli vibrácie letieť vpred bez výraznejších obmedzení. V smere poľa tak materiál viedol teplo takmer trikrát lepšie než v akomkoľvek inom smere.
Pohľad priamo do srdca hmoty pomocou neutrónov
Aby vedci presne pochopili, čo sa vnútri kryštálu odohráva, museli využiť špičkovú vedeckú infraštruktúru. Pomohlo im zariadenie Spallation Neutron Source v ORNL, kde pomocou nepružného rozptylu neutrónov pozorovali pohyby jednotlivých atómov v reálnom čase. Neutróny sú na takúto analýzu ideálne, pretože dokážu preniknúť hlboko do štruktúry a detailne odhaliť jej dynamiku.
Merania ukázali, že elektrické pole nielenže zvýšilo rýchlosť fonónov, ale predovšetkým výrazne predĺžilo dobu ich života pred tým, než sa rozptýlia. Práve táto predĺžená životnosť vibrácií bola kľúčom k trojnásobnému nárastu tepelnej vodivosti. Predchádzajúce pokusy na bežných materiáloch pritom priniesli len zanedbateľné zlepšenie o 5 až 10 percent. Nárast o takmer 300 % preto šokoval aj samotných autorov štúdie.
Čo to znamená pre budúcnosť technológií?
Schopnosť takto dramaticky a rýchlo meniť tepelnú vodivosť materiálu otvára dvere technológiám, ktoré doteraz zneli ako sci-fi. Na prvom mieste sú to chladiace systémy pre mikročipy v smartfónoch a počítačoch. Predstav si chladenie bez akýchkoľvek pohyblivých častí, ventilátorov či kvapalín, ktoré dokážeš regulovať jednoduchým prepnutím spínača.
Ďalšou veľkou oblasťou sú termoelektrické generátory, ktoré premieňajú odpadové teplo z priemyselných fabrík alebo automobilov priamo na elektrickú energiu. Zvýšením efektivity prenosu tepla môžeme zachytiť obrovské množstvo energie, ktorá dnes bez úžitku uniká do ovzdušia.
Tento objav prichádza v čase, kedy celý svet, vrátane Európskej únie, tlačí na extrémnu energetickú efektivitu a znižovanie emisií. S narastajúcim výpočtovým výkonom dátových centier a umelej inteligencie sa chladenie stáva kritickou výzvou. Ak dokážeme teplo ovládať tak jednoducho, ako ovládame elektróny v čipoch, môžeme vybudovať úplne novú generáciu ekologickejšej a výkonnejšej elektroniky. Prechod od laboratórnych testov k reálnej výrobe síce potrvá roky, no základy pre novú éru riadenia tepla sú úspešne položené.
Dostaň Fontech do svojich Google odporúčaní
Pridať ako preferovaný zdroj Fontech, odkaz sa otvorí v novom okneČítajte viac z kategórie: Vesmír a veda
Ďakujeme, že čítaš Fontech. V prípade, že máš postreh alebo si našiel v článku chybu, napíš nám na redakcia@fontech.sk.
Teraz čítajú

Temná hmota dostane nového lovca. NASA chystá teleskop, ktorý uvidí 100-krát viac než Hubblov

K Zemi sa rútia dva satelity, ďalšie začali strácať výšku. Ruský „Starlink“ má vážny problém

Vesmírom sa šíri záhadný signál starý miliardy rokov. Pochádza z prekvapivého zdroja

Slováci zajtra uvidia jedno z najhlbších zatmení za posledné roky. Nastav si budík na tento čas

NASA zachytila na Marse záhadný objekt. O pár minút neskôr po ňom nebolo ani stopy
NAJČÍTANEJŠIE ZO STARTITUP

Island pozná výsledok tesného referenda o EÚ: Rozhodovanie sprevádzali veľké emócie
PREMIUMSlováci robia v horúčavách zásadnú chybu: Urológ varuje pred čírym močom a búra mýtus o elektrolytoch

Nepálske záplavy si vyžiadali už 730 obetí: Nebezpečný jav hrozí aj Európe, zasiahnuť môže 15 miliónov ľudí (MAPA)

Tajná misia šéfa CIA v Moskve vyvolala rozruch: Kremľu mal priniesť návrh, ktorý môže odštartovať novú kapitolu vojny

Európu čaká drahá zima, problém má aj Slovensko. Zásoby plynu sú najnižšie za 13 rokov
- 24 hod
- 48 hod
- 7 dní
-
- Črtá sa energetický poklad storočia. Spojenec Západu možno sedí na obrovskom zdroji čistej energie
- Povolili e-biky s rýchlosťou 64 km/h aj rýchle elektrokolobežky. Má to však obrovský háčik
- Veľký operátor vypne mobilnú sieť. Treba overiť, či telefón bude stále fungovať
- Program na večer je jasný. Na Netflix práve dorazil jeden z jeho najväčších filmov
- Volkswagen našiel páku na čínske autá. Elektrické SUV s dojazdom 660 km predáva za 18 600 eur
-
- Veľký operátor vypne mobilnú sieť. Treba overiť, či telefón bude stále fungovať
- Črtá sa energetický poklad storočia. Spojenec Západu možno sedí na obrovskom zdroji čistej energie
- Povolili e-biky s rýchlosťou 64 km/h aj rýchle elektrokolobežky. Má to však obrovský háčik
- Program na večer je jasný. Na Netflix práve dorazil jeden z jeho najväčších filmov
- K Zemi sa rútia dva satelity, ďalšie začali strácať výšku. Ruský „Starlink“ má vážny problém
-
- Veľký operátor vypne mobilnú sieť. Treba overiť, či telefón bude stále fungovať
- Veľký operátor na Slovensku o pár dní končí. Zrušil všetky pobočky, náhrada sľubuje viac výhod
- Program na večer je jasný. Na Netflix práve dorazil jeden z jeho najväčších filmov
- Črtá sa energetický poklad storočia. Spojenec Západu možno sedí na obrovskom zdroji čistej energie
- Povolili e-biky s rýchlosťou 64 km/h aj rýchle elektrokolobežky. Má to však obrovský háčik
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
Ojazdené autá na Slovensku citeľne zdraželi. Priemerná cena stúpla, mení sa aj ponuka
NAJČÍTANEJŠIE ZO STARTITUP

Island pozná výsledok tesného referenda o EÚ: Rozhodovanie sprevádzali veľké emócie
PREMIUMSlováci robia v horúčavách zásadnú chybu: Urológ varuje pred čírym močom a búra mýtus o elektrolytoch

Nepálske záplavy si vyžiadali už 730 obetí: Nebezpečný jav hrozí aj Európe, zasiahnuť môže 15 miliónov ľudí (MAPA)

Tajná misia šéfa CIA v Moskve vyvolala rozruch: Kremľu mal priniesť návrh, ktorý môže odštartovať novú kapitolu vojny

