تولید سپر حرارتی بسیار نازک برای ابزار الکترونیکی

شنبه 26 مرداد 1398 - 11:06
کد مطلب: 1024861
نم

دانشمندان دانشگاه استنفورد قادر به ساخت نوعی عایق حرارتی اتمی نازک شدند که تحویلی در تولید دستگاه‌های الکترونیکی به حساب می‌آید.

به گزارش گروه علم و فناوری ایسکانیوز، گرمای تولید شده توسط تلفن‌های هوشمند، لپ‌تاپ و سایر دستگاه‌های الکترونیکی می‌تواند آزار دهنده باشد؛ اما فراتر از آن باعث نقص عملکرد آن‌ها نیز می‌شود و در موارد شدید حتی باعث منفجر شدن باتری‌های لیتیوم خواهد شد.

مهندسان غالباً برای محافظت در برابر چنین مشکلاتی، شیشه، پلاستیک یا حتی لایه‌هایی از هوا را به عنوان عایق در این وسایل الکترونیکی قرار می‌دهند تا از تولید گرما توسط برخی از اجزا مانند ریز‌پردازنده جلوگیری کنند.

محققان استنفورد نشان دادند که چند لایه از مواد نازک اتمی که مانند ورق‌های کاغذ در بالای نقاط داغ قرار می‌گیرند، می‌توانند عایق مشابه ورق شیشه را 100 برابر ضخیم‌تر کنند.

«اریک پاپ» استاد مهندسی برق و نویسنده ارشد مقاله‌ای که در تاریخ 16 آگوست در Science به چاپ رسیده است گفت: «سپرهای حرارتی نازک‌تر در کوتاه مدت مهندسان را قادر می‌سازند وسایل الکترونیکی را حتی متراکم‌تر از وسایل موجود در اختیار ما قرار دهند.»

این محقق اعلام کرد که آن‌ها به طریقی کاملاً جدید در حال بررسی گرمای دستگاه‌های الکترونیکی هستند.

گرمایی که از تلفن‌های هوشمند یا لپ تاپ احساس می‌شود در واقع نوعی نامفهوم از صدای فرکانس بالا است. جریان برق درون سیم‌ها به عنوان رشته‌ای از الکترون‌ها جریان می‌یابد. حرکت این الکترون‌ها باعث برخورد آن‌ها با اتم‌های ماده‌ای که از آن عبور می‌کنند می‌شود. الکترون با هر برخورد باعث لرزش اتم می‌شود و با افزایش جریان، تعداد بیشتری از این تصادفات اتفاق می‌افتد تا زمانی که الکترون‌ها روی اتم‌ها ضربه (مانند چکشی که روی زنگ می‌خورد) بزنند.

با این تفاوت که این صدای خشن لرزش‌ها از طریق مواد جامد در فرکانس‌های بسیار بالاتر از آستانه شنوایی تولید انرژی می‌کند که باعث احساس گرما می‌شود.

توجه به گرما به عنوان شکلی از صدا، محققان استنفورد را به فکر در مورد دنیای علم فیزیک و استفاده از آن برای این عایق حرارتی وا داشت.

دانشمندان اعلام کردند که ایجاد عایقی از چندین لایه مواد نازک اتمی به جای توده‌ای غلیظ از شیشه بسیاری از مشکلات را حل کرده است.

کشف و تولید مواد اتمی باریک به 15 سال پیش باز می گردد که طی آن دانشمندان توانستند برخی مواد را در در چنین لایه‌های نازک جدا کنند. اولین نمونه کشف شده نیز گرافن است.
تیم استنفورد برای ایجاد یک عایق چهار لایه با عمق 10 اتم از یک لایه گرافن و سه ماده ورق مانند استفاده کرد.

گرافین (Graphene) نامِ یکی از آلوتروپ‌هایِ کربن است. این ماده تشکیل‌شده از یک ساختار بلوری لانه زنبوری دوبعدی است که در آن هر اتم کربن به کمک سه الکترون ظرفیت خود، با سه پیوند SP2 هیبریدیزه شده به سه اتم کربن دیگر متصل شده‌است. یک الکترون ظرفیت باقی‌مانده نیز روی کل صفحهٔ گرافین و بین تمام اتم‌ها به اشتراک گذاشته‌شده و الکترونِ آزاد است. در گرافیت (یکی دیگر از آلوتروپ‌هایِ کربن)، هر کدام از اتم‌هایِ چهارظرفیتیِ کربن، با سه پیوندِ کووالانسی به سه اتمِ کربنِ دیگر متصل شده‌اند و یک شبکهٔ گسترده را تشکیل داده‌اند.

این لایه خود رویِ لایه‌ای کاملاً مشابه قرار گرفته‌است و به این ترتیب، چهارمین الکترونِ ظرفیت نیز یک پیوندِ شیمیایی داده‌است، اما این پیوندِ این الکترونِ چهارم، از نوعِ پیوندِ واندروالسیاست که پیوندی ضعیف است. به همین دلیل لایه‌هایِ گرافیت به راحتی بر رویِ هم سر می‌خورند و می‌توانند در نوکِ مداد به کار بروند. گرافین ماده‌ای است که در آن تنها یکی از این لایه‌هایِ گرافیت وجود دارد و به عبارتی چهارمین الکترونِ پیوندیِ کربن، به عنوان الکترونِ آزاد باقی‌ مانده‌ است.

هر چند نخستین بار در سال ۱۹۴۷ فیلیپ والاس دربارهٔ گرافین نوشت و سپس از آن زمان تلاش‌هایِ زیادی برایِ ساختِ آن صورت گرفته بود؛ اما قضیه‌ای به نامِ قضیه مرمین-واگنر در مکانیکِ آماری و نظریهٔ میدان‌هایِ کوانتومی وجود داشت که ساختِ یک مادهٔ دوبعدی را غیرممکن و چنین ماده‌ای را غیرپایدار می‌دانست. اما به هر حال در سال ۲۰۰۴، آندره گایم و کنستانتین نووسلف، از دانشگاه منچستر موفق به ساختِ این ماده شده و نشان دادند که قضیهٔ مرمین-واگنر نمی‌تواند کاملاً درست باشد. جایزهٔ نوبلِ فیزیکِ ۲۰۱۰ نیز به خاطرِ ساختِ ماده‌ای دوبعدی به این دو دانشمند تعلق گرفت.

انتهای پیام/

178 / 320

نظرات

1- لطفا نظرات خود را با حروف فارسی تایپ کنید.
2- نظرات حاوی مطالب توهین‌آمیز یا بی‌احترامی به اشخاص، قومیت‌ها، عقاید دیگران و مغایر با قوانین کشور منتشر نمی‌شود.
3- نظرات پس از تایید منتشر می‌شود.

ایسکاTV

اخبار پر بازدید

آخرین اخبار