استفاده از فلزات دارای فاکتور توان ترمودینامیکی بالا برای ایجاد کولر فعال تمام حالتِ جامدِ کارا

توسط باب ییرکا، Phys.org
 
دو راه برای خنک کردن وجود دارد. یک یخچال گرما را از یک جسم سرد به محیط گرمتر (سمت چپ) انتقال می دهد. در مقابل، یک سیستم خنک کننده فعال کمک می کند تا حرارت به طور موثرتری در جهت طبیعی خود، از جسم داغ به محیط خنک (سمت راست) حرکت کند. سیستم خنک کننده فعال جدید برای این هدف دوم بهینه شده است و ممکن است برای خنک کردن اجزای گرم مفید باشد. اعتبار: M. J. Adams / دانشگاه ایالتی اوهایو، از طریق فیزیک
 
یک تیم از محققان دانشگاه ایالتی اوهایو و دانشگاه ویرجینیا راهی برای استفاده از فلزات با فاکتور توان ترموالکتریک برای ایجاد کولرهای فعال جامد حالت جامد پیدا کرده است. در مقاله ای که در مجله Physical Review Applied منتشر شده است، گروه جدید روش خود را برای خنک کردن دستگاه های الکترونیکی و نحوه عملکرد آن توضیح می دهد.
 
سیستم های خنک کننده‌ی فعال، بنا بر تعریف، سیستم های خنک کننده ای هستند که از برق برای خنک کردن دستگاه داغ یا گرم تا حد دمای محیط استفاده می کنند. در این تلاش جدید، محققان دریافتند که چنین سیستم هایی می توانند از استفاده از فلزات ویژه بهره مند شوند. آنها همچنین یک اصطلاح جدید برای استفاده به صورت هدایت حرارتی مؤثر متریک به کار برده اند. در سیستم های خنک کننده فعال، به هنگام اِعمال الکتریسیته، حامل‌های بار حمل کننده‌ی گرما از سمت گرم یک جسم به طرف سردتر جاری می شوند – رسانایی گرمایی مؤثر عددی است که با اضافه کردن هدایت حرارتی فعال یک سیستم (زمانی که برق اعمال می شود) به هدایت غیر فعال آن (زمانی که برق خاموش است) محاسبه می شود.
 
همانطور که محققان خاطرنشان می کنند، بیشتر سیستم های خنک کننده تجاری در طول سال ها برای استفاده در برنامه های تبرید بهینه شده اند و بنابراین برای حالت های خنک کننده فعال مانند حذف گرما از یک کامپیوتر مناسب نیستند. در سیستم های خنک کننده فعال، به هنگام اِعمال الکتریسیته، حامل‌های بار حمل کننده‌ی گرما از سمت گرم یک جسم به طرف سردتر جاری می شوند آنها همچنین یاد آور می شوند که مهندسان معمولا برای توصیف کارآیی چنین سیستم هایی از اندازه گیری‌ای به نام فاکتور ترموالکتریک شایستگی (zT) استفاده می کنند. اما دوباره، آنها پیشنهاد می کنند که این یک متریک مناسب برای سیستم های خنک کننده فعال نیست.
 
محققان برای بهبود کارایی این سیستم ها، مواد مورد استفاده را که دارای هدایت حرارتی بهتر از حد متعارف بودند جستجو کردند. آنها دوتایی را نشان دادند که امیدوار کننده بودند: فلزات کندو-اثر و فلزات مگنون-کشیده. آنها یک کولر پِلتیر با استفاده از فلزات (کبالت و سریم - پالادیوم) ایجاد کرده و آن را بین مواد مختلف گرم و سرد قرار دادند و سپس آن را آزمایش کردند تا ببینند چقدر کارآمد است که گرما را از طرف گرم برداشته و آن را به طرف سرد انتقال دهد.
 
محققان گزارش می دهند که هنگام اعمال پنج آمپر به دستگاه، دستگاه در حدود 100 میلی وات گرما بیشتر از وقتی که هیچ توانی اعمال نمی شد به بیرون کشیده است. بر حسب هدایت گرمایی، دستگاه در حالت غیرفعال 40 W / mK اندازه گیری شد و با مقداری دیفرانسیل های حرارتی 1000 W / mK رسید.
 

 

 
انتظار می رود که این ماده در آینده برای خلق کارایی بالا و بهره وری از انرژی الکتریکی و کاهش تعداد نیروگاه ها مورد استفاده قرار گیرد. اعتبار: دانشگاه بریستول
 
محققان دانشگاه بریستول موفق به نشان دادن هدایت حرارتی بالای یک ماده جدید شده اند که راه را برای دستگاه های الکترونیکی ایمن تر و کارآمد تر - از جمله تلفن های همراه، رادار ها و حتی اتومبیل های الکتریکی هموار می سازد.
 
گروهی که به رهبری پروفسور مارتین کوبال در مرکز ترموگرافی و قابلیت اطمینان دستگاه (CDTR)[MK1] رهبری می شود، دریافت که یک نسخه فوق العاده خالص بور نیترید، برای اولین بار نشان داده است که توانایی هدایت حرارتیش در 550W/mk دو برابر مس است.
 
این مقاله، "مدولاسیون هدایت حرارتی در نیترید بور شش ضلعی از طریق تغلیظ ایزوتوپ بور کنترل شده"، در مجله فیزیک ارتباطات منتشر شده است.
 
پروفسور کوبال توضیح داد: "بیشتر وسایل الکترونیکی نیمه هادی زمانی که مورد استفاده قرار می گیرند، گرم می شوند. هرچه داغتر می شوند، سرعت بی کیفیت تر شدن آنها بیشتر می شود و عملکرد آنها تقلیل می یابد.  هر چه بیشتر بر روی استفاده از دستگاه های الکترونیکی تکیه کنیم، واقیتِ یافتن موادی با هدایت حرارتی بالا که بتواند حرارت تلف شده را بیرون کشد به طور فزاینده ای مهم می شود."
 
"بورید نیترویید یکی از چنین موادی است که پیش بینی می شد هدایت حرارتی 550 W/mK ، دو برابر مس، داشته باشد. با این حال، با تمام اندازه گیری ها تا به امروز به نظر می رسد که هدایت حرارتی آن بسیار پایین تر است. به طور هیجان انگیزی، با فوق العاده خالص ساختن این ماده، ما توانستیم برای اولین بار پتانسیل هدایت حرارتی بسیار بالای آن را نشان دهیم."
 
پروفسور کوبال گفت که گام بعدی شروع به ساخت دستگاه های الکترونیکی فعال از نیترید بور و همچنین ادغام آن با سایر مواد نیمه هادی است.
 
"در نمایش پتانسیل نیترید بور فوق العاده خالص، اکنون ما ماده‌ای داریم که در آینده نزدیک می تواند برای تولید عملکرد با کارایی بالا و بهره وری انرژی بالا مورد استفاده واقع شود."
 
"پیامدهای این کشف قابل توجه است. قطعا وابستگی ما به الکترونیک در حال افزایش است همراه با استفاده از تلفنهای همراه و پذیرش اتومبیلهای الکتریکی. استفاده از مواد کار آمدتر مانند بور نیترید برای برآوردن این خواسته‌ها، منجر به عملکرد بهتر شبکه های ارتباطی تلفن همراه، حمل و نقل امن تر و در نهایت، ایستگاه های قدرت کمتر می شود. "
 
منبع: سایت فیز اُرگ