Вчені з університету чикаго створили матеріал, який одночасно проводить і ізолює тепло

15

Вчені постійно знаходяться в пошуку матеріалів з незвичайними властивостями, які можуть відкрити абсолютно нові можливості для таких пристроїв, як електроніка, датчики, медична техніка або сонячні батареї. Наприклад, апарати магнітно-резонансної томографії (мрт) стали можливі завдяки відкриттю незвичайного матеріалу, здатного прекрасно проводити електрику.

Управління теплом-одне з основних завдань в електроніці і техніці, і для її вирішення використовуються матеріали, які або проводять, або ізолюють тепло. Новий матеріал стирає цю грань, блокуючи тепло в одному напрямку, але проводячи його в іншому.

Електронні пристрої нагріваються-це дратівливий побічний продукт, який впливає на дизайн систем, щоб вони не перегрівалися щоразу, коли працюють. Але оскільки електроніка продовжує зменшуватися в розмірах, залишається все менше місця для систем охолодження або вентиляції, і стає все складніше вберегти чутливі компоненти від перегріву.

У новому дослідженні вчені з чиказького університету знайшли спосіб створення матеріалів, які особливо добре підходять для цієї роботи. Замість того, щоб бути або ізолятором, або провідником, ці нові матеріали можуть бути і тим, і іншим одночасно, перешкоджаючи проходженню тепла в одному напрямку, але дозволяючи йому вільно переміщатися в іншому.

«одна з найбільших проблем в електроніці — подбати про тепло в таких масштабах, тому що деякі компоненти електроніки дуже нестійкі при високих температурах», — говорить ши ен кім, перший автор дослідження. «але якщо ми зможемо використовувати матеріал, який може одночасно проводити тепло і ізолювати його в різних напрямках, ми зможемо відводити тепло від джерела тепла — наприклад, від акумуляторної батареї — уникаючи при цьому більш вразливі частини пристрою».

«уявіть собі частково завершений кубик рубіка, шари якого повернені у випадкових напрямках», — говорить ши ен кім. «це означає, що всередині кожного шару кристала у нас все ще є упорядкована решітка атомів, але якщо ви перейдете на сусідній шар, ви поняття не маєте, де будуть знаходитися наступні атоми щодо попереднього шару — атоми абсолютно безладні в цьому напрямку».

Суть винаходу полягає в тонкій плівці дисульфіду молібдену. Зазвичай він є відмінним провідником тепла, але учасники проекту виявили, що якщо скласти листи матеріалу стопкою і злегка повернути кожен з них, то тепло не зможе проходити між шарами у вертикальному напрямку. Проте, воно могло переміщатися по горизонталі через сам лист.

На практиці цей метод можна використовувати для створення теплових екранів, які не тільки блокують тепло, але і відводять його. Це може не тільки запобігти нагріванню чутливої знаходиться поруч електроніки, але і вберегти такі компоненти, як батареї, від пошкодження власним теплом.

Ця розробка може також удосконалити роботу електроніки іншими способами, наприклад, шляхом створення більш ефективних термоелектричних генераторів — пристроїв, що виробляють електричний струм за рахунок різниці температур між гарячою і холодною сторонами.

«комбінації ідеальної теплопровідності в одному напрямку і ідеальної ізоляції в іншому напрямку взагалі не існує в природі», — сказав провідний автор дослідження дживонг парк, професор хімії та молекулярної інженерії чиказького університету. «ми сподіваємось, що це дослідження може відкрити абсолютно новий напрямок для створення нових матеріалів».

Важливо відзначити, що розробники говорять про те, що цей ефект може бути досягнутий не тільки завдяки дисульфіду молібдену — вони припускають, що й інші матеріали, розташовані в такому ж порядку, можуть його реалізувати.

Компактних квантових комп’ютерів.