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.
Dostaň Fontech do svojich Google odporúčaní
Pridať ako preferovaný zdroj Fontech, odkaz sa otvorí v novom okneČítajte 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

Všetky autá pod kamerou. Vodiči na hraniciach s Českom narazia na nepríjemnú novinku

Netflix má dôvod na obavy. Na obzore je nová gigantická služba, naráža však na problém

Tvorca Gladiátora ukazuje nový film. Na Slovensko dorazí už zajtra

V Európe sa po ňom budú trhať. BYD zväčší svoj najúspešnejší lacný elektromobil, príde už čoskoro

Čína niečo chystá a nechce povedať čo. V mori buduje 6 km ostrov, experti hovoria o bombardéroch
NAJČÍTANEJŠIE ZO STARTITUP

Zomrela ikona slovenského vinárstva. Jeho víno preslávilo Slovensko, za fľašu ľudia ochotne dali aj 600 eur

Slováci môžu prísť o 2 524 eur ročne: Už len 5 dní zostáva na splnenie dôležitej povinnosti

Na jednom z najväčších európskych letísk sa objavila malária: Hlásia viacero nakazených aj obete

45-tisíc Slovákov si môže prilepšiť až o 35-tisíc eur: Analytik ukázal jednoduchý krok, ako na to (NÁVOD)
- 24 hod
- 48 hod
- 7 dní
-
- Rusko chystá energetický prevrat. Rozbehlo sériovú výrobu jadrových reaktorov, už ich má 15
- Slováci vo veľkom kupujú výhodné a lacné SUV. Za 23-tisíc dostaneš 170 koní a bohatú výbavu
- Vedci našli vrak rímskej lode starý 2 200 rokov. Ostali šokovaní keď zistili, aký chemický recept chránil
- Európa s Čínou vytiahli nečakanú zbraň proti slnečným búrkam. Uvidia to, čo bolo doteraz neviditeľné
- Fyzici to dlho považovali za nemožné. CERN posunul hranice vedy, vytvorili hmotu z počiatkov vesmíru
-
- Rusko chystá energetický prevrat. Rozbehlo sériovú výrobu jadrových reaktorov, už ich má 15
- Prepadák roka je online obrovským hitom. Dá sa pozrieť aj zadarmo
- Zbalíš ju do batoha a je prekvapivo lacná. Táto prenosná veterná turbína má výkon až 75 W
- Číňania ukázali elektromobil, aký Európa zatiaľ nemá. Dá cez 1 000 km a stojí okolo 32-tisíc eur
- Majitelia elektromobilov dostali nový spôsob, ako na aute zarábať. Stačí urobiť jednoduchú vec
-
- Rusko chystá energetický prevrat. Rozbehlo sériovú výrobu jadrových reaktorov, už ich má 15
- Už 80 týždňov patrí medzi najsledovanejšie filmy. Akčné prekvapenie 2025 neprestáva udivovať
- Číňania ukázali elektromobil, aký Európa zatiaľ nemá. Dá cez 1 000 km a stojí okolo 32-tisíc eur
- Za 2 eurá 1 500 filmov. Unikátna služba na Slovensku ponúka akciu s doživotnou zľavou
- Majitelia elektromobilov dostali nový spôsob, ako na aute zarábať. Stačí urobiť jednoduchú vec
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

Zomrela ikona slovenského vinárstva. Jeho víno preslávilo Slovensko, za fľašu ľudia ochotne dali aj 600 eur

Slováci môžu prísť o 2 524 eur ročne: Už len 5 dní zostáva na splnenie dôležitej povinnosti

Na jednom z najväčších európskych letísk sa objavila malária: Hlásia viacero nakazených aj obete

