Neobvyklý materiál môže zmeniť elektroniku, batérie, aj motory

ZDROJ | Chalmers University

Riadenie tepelných tokov je výzvou v elektronike, v mikročipoch ide o problém ešte vypuklejší, ale aj v strojoch, v batériách a v mnohých iných oblastiach. Využívajú sa pritom materiály, ktoré sú dobrými izolátormi, alebo vodičmi tepla, napríklad v prípade chladičov.

Pozrite siMateriál „Real Folding Window“ od LG  na ohybné displeje je tvrdý ako sklo

Nový materiál, ktorí vyvinuli vedci z Chicagskej univerzity v spolupráci s Pritzker School of Molecular Engineering, premosťuje túto dualitu a dokáže byť zároveň dobrým vodičom, aj izolantom tepla. Správa sa totiž anizotropne – blokuje teplo v jednom smere, ale vedie ho iným.

Elektronické zariadenia, tak ako všetky stroje a systémy, v ktorých nastávajú straty energie, sa zahrievajú odpadovým teplom. To je nepríjemný vedľajší efekt ich činnosti, s ktorým musia rátať konštruktéri, aby nedochádzalo k ich prehriatiu a prípadnému zničeniu.

Účinné chladenie potrebujú aj výkonové zosilňovače. (Na obr. McIntosh MAC 7200)ZDROJ | McIntosh

Ale s rastúcim počtom tranzistorov v mikročipoch a s postupujúcou miniaturizáciou elektronických prístrojov sa stále zmenšuje priestor pre chladiace alebo vetracie systémy. Oddeliť citlivé komponenty od prehriatych výkonových súčiastok je problematické.

Výskum tímu z Chicagskej univerzity však priniesol technológiu na získanie materiálov s obzvlášť výhodnými vlastnosťami. Tieto nové materiály môžu byť nielen tepelnými izolátormi, alebo vodičmi, ale môžu mať obidve vlastnosti súčasne. Bránia prúdeniu tepla v jednom smere, ale v inom smere ho dokážu dobre viesť.

Anizotropia vs izotropiaZDROJ | ResearchGate

Kľúčom k objavu je tenký film z disulfidu molybdénu. Normálne je to dobrý vodič tepla, ale tím vedcov zistil, že pri stohovaní vrstiev materiálu a ich následnom miernom skrútení nebolo teplo schopné dobre prechádzať medzi vrstvami vo vertikálnom smere. Stále však môže prúdiť horizontálne cez samotnú vrstvu.

ZDROJ | Nature

Koncepčná stratégia inžinierstva tepelnej anizotropie v systéme jedného materiálu s použitím náhodného otáčania medzivrstvy v polykryštalických vrstvových materiáloch. Podrobný popis obrázku bol publikovaný v magazíne Nature.

V praxi by sa táto technika dala použiť na výrobu tepelných štítov, ktoré teplo nielen blokujú, ale ho aj odvádzajú preč. Netreba myslieť hneď na tepelné štíty rakiet a kozmických lodí, ale ktovie čo dokážu vymyslieť inžinieri v budúcnosti. V omnoho reálnejšej aplikácii by takéto materiály mohli chrániť napríklad citlivé súčiastky pred zahrievaním od batérií, ale zároveň chladiť aj samotné batérie. Táto otázka začína byť „horúca“ najmä s príchodom vysokovýkonných rýchlonabíjačiek pre elektromobily, pri ktorých sa ráta s výkonom stoviek kilowattov.

Pozrite siABB tvrdí, že Terra 360 je „najrýchlejšia nabíjačka elektromobilov na svete“

Táto technológia by mohla nájsť aj iné uplatnenie, napríklad pri vývoji účinnejších termoelektrických generátorov. Tie vyrábajú elektrický prúd prostredníctvom teplotného rozdielu medzi teplejšou a chladnejšou stranou.

„Ak vezmeme do úvahy, akým prínosom pre nás bola obyčajná okenná tabuľka zo skla, ktorá má schopnosť udržať v izolácii vonkajšie a vnútorné teploty, môžeme pochopiť, aké užitočné môžu byť tieto nové materiály,“ povedal vedúci autor štúdie Jiwoong Park, profesor chémie a molekulárneho inžinierstva na Chicagskej univerzite.

Vedci sú presvedčení, že nové vlastnosti sa dajú dosiahnuť aj s inými materiálmi, nielen so sulfidom molybdénu, pokiaľ by boli spracované rovnakým spôsobom.

Výskum bol publikovaný v časopise Nature.

ZdrojUniversity of Chicago

Komentáre k článku