Толстый теплозащитный экран всего 10 атомов для защиты электронных устройств

Избыточное тепло, исходящее от смартфонов, ноутбуков и других электронных устройств может быть раздражающим, но помимо этого он способствует неисправности и, в крайних случаях, может даже привести литиевые батареи взрываются.

Для защиты от таких бед, инженеры часто вставляют стекло, пластик или даже слои воздуха в качестве изоляции для предотвращения теплогенерирующих компонентов, таких как микропроцессоры причинения вреда или неудобств пользователям.

Теперь, Стэнфорд исследователи показали, что несколько слоев атомарно тонких материалов, сложенных как листы бумаги на горячих точках, не может обеспечить такой же изоляции, как лист стекла в 100 раз толще. В краткосрочной перспективе, более тонкие теплозащитные экраны позволят инженерам сделать электронные устройства еще более компактный чем те, которые мы имеем сегодня, — сказал Эрик поп, профессор электротехники и старший автор статьи, опубликованной августа. 16 в научный прогресс.

«Мы ищем тепло в электронных устройствах совершенно по-новому,» Поп сказал.

Обнаруживать звук в виде тепла

Тепло мы чувствуем со смартфонов или ноутбуков фактически неслышимым виде звука высокой частоты. Если это кажется сумасшедшим, учитывать лежащие в основе физики. Электрический ток течет по проводам как поток электронов. Поскольку эти электроны движутся, они сталкиваются с атомами материалов, через которые они проходят. С каждого такого столкновения электрона вызывает атом начинает вибрировать, и чем больше ток, тем больше столкновений произойдет, пока электроны лупят на атомы, как и многие молотки на столько колоколов — за исключением того, что эту какофонию вибраций, ходы через твердый материал на частотах намного выше порога слышимости, генерируя энергию, которую мы чувствуем как тепло.

Думать о жаре, как форма звука, вдохновленные исследователи Стэнфордского заимствовать некоторые принципы из физического мира. С его дней в качестве ди-джея на радио в Стэнфорде KZSU 90.1 ФМ, поп знал, что музыка студии звукозаписи работают тихо благодаря толстым стеклом окна, которые блокируют внешние звуки. Подобный принцип распространяется на тепловые щиты в современной электронике. Если лучше изоляция были их единственной заботой, исследователи могли просто заимствовать музыкальной студии принципе и сгущает их теплового барьеров. Но что бы сорвать усилия по электронике тоньше. Их решение заимствовать трюк от домовладельцев, которые устанавливают мульти-застекленные окна-обычно, слои воздуха между листами стекла разной толщины … чтобы сделать интерьер теплее и тише.

«Мы адаптировали эту идею путем создания изолятора, которые используют несколько слоев атомарно тонких материалов вместо густой массы стекла», — сказал докторской ученый Сэм Вазири, ведущий автор на бумаге.

Атомарно тонких материалов являются сравнительно недавнее открытие. Он был только 15 лет назад ученым удалось выделить некоторые материалы на такие тонкие слои. Обнаружен первый пример был графен, который представляет собой одинарный слой атомов углерода и, с тех пор, как он был найден, ученые ищут и экспериментируют с других листовых материалов. Команда из Стэнфорда использовали слой графена и три других листовых материалов-каждая из трех атомов толщиной-чтобы создать четырехслойный утеплитель всего 10 атомов в глубину. Несмотря на свою тонкость, изолятор эффективен, потому что атомные тепловые колебания гаснут и теряют свою энергию при прохождении через каждый слой.

Чтобы сделать наноразмерных теплозащитные экраны практично, исследователям придется найти какую-то технику массового производства для того чтобы распылить или иначе депозит атом-тонкие слои материалов на электронные компоненты при производстве. Но за ближайшей целью разработки более тонкие изоляторы маячит больших амбиций: ученые надеются в один прекрасный день контролировать вибрационную энергию внутри материалов, как они сейчас контролируют электричество и свет. Как они пришли к пониманию тепла в твердых объектов, как форма звука, новые области phononics выходит, название взято от греческого корня, слово за телефон, фонограф и фонетики.

«Как инженеры, мы знаем довольно много о том, как управлять электричеством, и нам становится лучше со светом, но мы только начали понимать, как манипулировать звука высокой частоты, что проявляется в виде тепла на атомном масштабе», — сказал папаша.

Эрик поп-филиал Института Precourt для энергии. Стэнфорд авторы включают бывших докторантов ученых Эйлам Ялон и Мигель Рохо и аспирантов Коннор Мак-Клеллан, Коннор Бейли, Кирби Smithe, Александр Gabourie, Виктория Чен, Sanchit Дешмук и Саурабх профиль suryavanshi. Другие авторы от исследования Тайсс и Национального института стандартов и технологий.

Это исследование было поддержано Стэнфордского наноматериалов объекта, Стэнфорд нано общий зал, Национальный научный фонд, полупроводниковой научно-исследовательской корпорации, передовых оборонных исследовательских проектов Агентства, ВВС Управления научных исследований, Стэнфордский SystemX Альянс, кнут и Алиса Валенберга, Стэнфордский выпускник стипендиальной программы и Национального института стандартов и технологий.