211service.com
Plastmasa, kas atvēsina
Plānās jauna polimēra plēves, kas izstrādātas Penn State, maina temperatūru, reaģējot uz mainīgajiem elektriskajiem laukiem. Penn State pētnieki, kuri ziņoja par jauno materiālu Zinātne pagājušajā nedēļā apgalvoja, ka tas varētu radīt jaunas tehnoloģijas datoru mikroshēmu dzesēšanai un videi draudzīgus ledusskapjus.
Forša spole: Speciāli izstrādāta polimēra plēves, kuru biezums ir tikai 0,4–2,0 mikrometri, var kļūt vēsākas vai karstākas par 12 °C, ja tām tiek noņemts vai uzlikts elektriskais lauks.
Mainot elektrisko lauku, tiek pārkārtoti polimēra atomi, mainot tā temperatūru; to sauc par elektrokaloriju efektu. Dzesēšanas ierīcē materiālam tiek pievadīts spriegums, kas pēc tam nonāk saskarē ar visu, ko paredzēts atdzesēt. Materiāls sakarst, nododot savu enerģiju siltuma izlietnei vai izlaižot to atmosfērā. Elektriskā lauka samazināšana novedīs pie polimēra zemas temperatūras, lai to varētu izmantot atkārtoti.
2006. gada dokumentā Zinātne , Kembridžas universitātes pētnieki materiālu zinātnieka vadībā Nīls Mathurs aprakstīja keramikas materiālus, kuriem arī bija elektrokaloriju efekts, bet tikai aptuveni 220 ° C temperatūrā. Datora mikroshēmas darba temperatūra ir ievērojami zemāka – parasti ap 85 °C –, un virtuves ledusskapim joprojām būtu jādarbojas zemākā temperatūrā. Penn State polimēram ir tādas pašas 12 grādu svārstības kā keramikai, taču tas darbojas salīdzinoši zemā 55 °C temperatūrā.
Polimērs arī labāk absorbē siltumu. Dzesēšanas ierīcē papildus temperatūras izmaiņām jums jāzina arī, cik daudz siltuma tā var absorbēt no vietām, kuras jums ir nepieciešams atdzesēt, saka Cjims Džans , elektroinženieru profesors Penn State, kurš vadīja jauno darbu. Zhang saka, ka polimērs var absorbēt septiņas reizes vairāk siltuma nekā keramika.
Džans šīs īpašības attiecina uz elastīgāku atomu izvietojumu polimēros. Viņš saka, ka keramikā atomi ir stingrāki, tāpēc tos ir grūtāk pārvietot. Polimēros atomus var pārvietot daudz vieglāk, izmantojot elektrisko lauku, tāpēc polimēru elektrokaloriju efekts ir daudz labāks nekā keramikai.
Materiāla īpašības padara to par pievilcīgu kandidātu klēpjdatoru dzesēšanas lietojumprogrammām, saka Intel inženieris Rajiv Mongia, kurš pēta saldēšanas tehnoloģijas. Datoru ražotāji meklē mazāk apjomīgas alternatīvas siltuma izlietnēm un trokšņainajiem ventilatoriem, ko pašlaik izmanto klēpjdatoros un galddatoros. Ideāla tehnoloģija būtu pietiekami maza, lai to integrētu datora mikroshēmā.
Mongia saka, ka līdz šim nebija jēgas izpētīt elektrokaloriju efektu mikroshēmu dzesēšanai. Pirmajiem keramikas materiāliem nebija pietiekami lielas temperatūras izmaiņas — šķeldas dzesēšanai ir jāsamazina vismaz par 10 °C — un jaunākā keramika nedarbojas pietiekami zemā temperatūrā. Tie satur arī svinu — bīstamu materiālu, no kura ir grūti droši atbrīvoties. Polimēriem šādu trūkumu nav. Fakts, ka viņi ir spējuši izstrādāt polimēra tipa materiālu, ko var izmantot salīdzinoši plānā plēvē, ir otrreizējas apskates vērts, saka Mongia. Turklāt tas darbojas temperatūras diapazonā, kas mūs interesē.
Taču mikroshēmu dzesēšanas ierīču parādīšanās prasīs kādu laiku. Tagad ir nepieciešami 120 volti, lai polimērs mainītu savu atomu izvietojumu, un šim skaitlim vajadzētu būt daudz mazākam, ja materiāls tiks izmantots klēpjdatoros. Ideālā gadījumā vēlaties, lai tas darbotos ar spriegumiem, kas parasti ir piezīmjdatora jomā, desmitiem voltu vai mazāk, saka Mongia. Pētniekiem būs arī jāizstrādā darba ierīce, kas satur plānās plēves.
Elektrokaloriju materiāli varētu padarīt ledusskapjus zaļākus. Pašreizējie mājsaimniecības ledusskapji izmanto tvaiku saspiešanas ciklu, kurā aukstumaģents tiek pārveidots uz priekšu un atpakaļ starp šķidrumu un tvaiku, lai absorbētu siltumu no izolētā nodalījuma. Nepieciešamība pēc mehāniskās saspiešanas samazina ledusskapja efektivitāti. Mathur saka, ka ledusskapji ar tvaiku dzesēšanu ir no 30 līdz 40 procentiem efektīvi. Bet, tā kā elektrokaloriju materiāliem nav kustīgu daļu, tie var radīt dzesēšanas ierīces, kas ir energoefektīvākas nekā pašreizējie ledusskapji. Turklāt pašreizējie fluorogļūdeņražu aukstumnesēji veicina globālo sasilšanu.
Ledusskapjiem, kuros izmanto elektrokaloriju materiālus, būtu priekšrocības salīdzinājumā ar magnētiskajām dzesēšanas sistēmām, ko izstrādā daži uzņēmumi un pētniecības grupas. Elektriskos laukus, kas ir pietiekami lieli, lai radītu būtiskas temperatūras izmaiņas elektrokaloriju materiālos, ir daudz vieglāk un lētāk ražot nekā eksperimentālās saldēšanas sistēmās izmantotos magnētiskos laukus, kuriem nepieciešami lieli supravadoši magnēti vai dārgi pastāvīgie magnēti. Tomēr ledusskapjiem ir nepieciešami 40 °C temperatūras diapazoni, kas šobrīd ir liels elektrokaloriju materiālu pasūtījums, saka Mathurs. Galvenais tehnoloģiju ziņā ir tas, ka mums ir plānas plēves, un ar plānu plēvi nevar ļoti atdzesēt.
Zhang un viņa kolēģi tagad cenšas izstrādāt labākus elektrokaloriju polimērus. Viņi plāno pētīt no šķidrajiem kristāliem izgatavotus polimērus, kurus izmanto plakanā ekrāna displejos. Šķidrie kristāli satur stieņa formas molekulas, kas izlīdzināsies ar elektrisko lauku un atgriezīsies sākotnējā izkārtojumā, kad lauks tiek noņemts. Džans saka, ka šo īpašību varētu izmantot, lai izgatavotu materiālus, kas absorbē un atbrīvo lielu daudzumu siltuma, reaģējot uz elektriskajiem laukiem.