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La Structure Matérielle de Réglage Chez Nanoscale Effectue un Meilleur Isolant Thermique - Produit Nouveau
La Chaleur peut être essentielle pendant la durée de vie, mais dans certains cas - comme protéger la navette spatiale ou améliorer l'efficience d'un moteur à réaction - les matériaux avec des conductions thermiques faibles sont nécessaires pour éviter la canalisation d'excessive chaleur. Comme signalé dans la question du 13 février de la Science de tourillon, les chercheurs ont produit un meilleur isolant thermique en réglant la structure matérielle au nanoscale. « Nous avons exploré des voies de régler les propriétés thermiques en matériaux en introduisant la structure sur des échelles de longueur de nanomètre, » a dit David Cahill, un professeur de scientifique et technique de matériaux et un Chercheur de Corps Enseignant de Willett à l'Université de l'Illinois au l'Urbana-Champagne. « En effectuant des nanolaminates des matériaux différents, nous avons constaté que nous pourrions de manière significative diminuer la conduction thermique parce que la chaleur ne peut pas être transportée efficacement en travers des surfaces adjacentes matérielles. » Cahill, étudiant de troisième cycle Ruxandra Costescu et collègues à l'Université du Colorado à Boulder ont synthétisé la première fois les nanolaminates en couche mince composés de couches alternatives de tungstène et l'oxyde d'aluminium utilisant le dépôt atomique et le magnétron de couche pulvérisent le dépôt. Cahill et Costescu ont alors mesuré la conduction thermique des nanolaminates utilisant un thermoreflectance appelé de temps-domaine de technique. « La réflectivité d'un métal est un fonctionnement très subtile de sa température, » Cahill a dit. « En mesurant comment rapidement la réflectivité, et pour cette raison la température, modifications au fil du temps, nous peuvent déterminer la conduction thermique. » Pour mesurer la température de tels échantillons de petit, les chercheurs utilisent un laser ultra-rapide et mode-verrouillé qui produit une suite de pouls de subpicosecond. La sortie de laser est coupée en poutre de « pompe » et poutre de « sonde ». La poutre de pompe chauffe l'échantillon et la poutre de sonde mesure la réflectivité, et par conséquent la température. « En effectuant la personne pose seulement quelques nanomètres épais, nous a produit un matériau de nanolaminate qui a eu une conduction thermique trois fois plus petites qu'un isolant conventionnel, » Cahill a dit. « La densité élevée de surface adjacente a produit une entrave intense au transfert thermique. » L'écoulement de la Chaleur d'un matériau à l'autre est limité à la surface adjacente, Cahill a dit. La Chaleur est transportée par des vibrations des atomes dans le réseau, et certaines de ces vibrations de réseau sont dispersées à la surface adjacente et n'obtiennent pas transmises en travers de la surface adjacente. « Dans nos nanolaminates, vibrations en un matériau ne communiquez pas bien avec ceux dans des des autres, » Cahill a dit. « Les atomes lourds de tungstène vibrent assez lentement, mais les atomes légers d'oxyde d'aluminium vibrent rapidement. Les différences dans les propriétés élastiques et les densités des conditions vibratoires empêchent le transfert de l'énergie vibratoire en travers de la surface adjacente. » Les résultats expérimentaux suggèrent que les matériaux conçus avec des densités élevées de surface adjacente puissent fournir à une artère pour la production des isolants thermiques des conductions thermiques très réduites. Les découvertes des chercheurs ont également quelques implications étonnantes pour les nanomaterials qui sont destinés pour exécuter pendant que les conducteurs thermiques élevés dans les applications telles que la chaleur dissipante des circuits électroniques ou des senseurs. Par exemple, nanotubes de carbone -- ce qui ont été affichés pour avoir extrêmement élevé les conductions thermiques - ne se comporteront pas bien comme les remplissages dans des matériaux composites ont conçu pour améliorer le transport thermique. Les « Nanotubes ne s'accouplent pas bien thermiquement au matériau environnant, » Cahill a dit. « En conséquence, le transport de chaleur en travers des surfaces adjacentes de nanotube-modification sera très limité. » Posté le 12 février 2004th Download PDF Copy