Теплопроводностью можно управлять с помощью наноструктур

Теплопроводность — знакомое каждому из нас явление. Пусть и не все понимают, что означает термин.

Представим для наглядности такую ситуацию: в горячей сауне можно с удобством расположиться на деревянной скамье или полке, температура которых достигает 100 градусов Цельсия, однако если коснуться металлического гвоздя с той же температурой, непременно будет ожог.

Разница в двух описанных случаях в том, что некоторые материалы, например, металлы, хорошо проводят высокую температуру, тогда как другие, такие как древесина, плохо. Именно поэтому обычно теплопроводность считают лишь параметром материала.

Однако теперь ученые из университета Ювяскюля, Финляндия, во главе с профессором Илари Маасилта, впервые продемонстрировали, что можно изменить теплопроводность материала на порядки величины, настраивая волноподобные свойства теплового потока с помощью наноструктур.

Результаты опубликованы в издании Nature Communications. Исследование финансировалось Академией Финляндии.

Пригодились волновые свойства фононов

Высокую температуру принято понимать как множество двигающихся волн разных типов; атомы вибрируют, но не беспорядочно. Данные волны подчиняются законам квантовой механики, а это значит, что возбуждаются лишь определенные диапазоны длин волн, в зависимости от температуры.

Похожая ситуация и в тепловом излучении, где участвуют фотоны, из которых состоит также видимый свет. В случае с вибрацией материала частицы носят другое название — фононы; их описал Альберт Эйнштейн свыше 100 лет назад.

Волновая природа фононов никогда прежде не использовалась для управления передачей тепла. До сих пор передача тепла формировалась за счет помещения одного материала (например, наночастиц) внутрь другого, или за счет изменения шероховатости поверхностей. В обоих случаях фононы рассеиваются больше и потому переносят тепло менее эффективно.

И вот теперь ученые презентовали возможность изменить теплопроводность фонона, основанную на волновых свойствах частиц. Этого удалось добиться после изготовления нанопетли (так называемый фононный кристалл), чей период того же порядка, что и длина волны переносящих тепло фононов — в данном случае примерно 1 микрометр. Фононные волны взаимодействуют со структурой фононного кристалла и изменяют скорость почти на порядок. Поскольку волны перемещаются медленнее, теплопроводность сокращается. Эксперимент проводился при температуре около абсолютного нуля, чтобы увеличить длину волны тепловых фононов до масштаба, при котором становится возможным применение обычных инструментов для нанопроизводства.

В будущем данная концепция может использоваться разными способами. При низких температурах она поможет в развитии датчиков ультрачувствительного излучения, когда важен контроль над передачей тепла. Группа профессора Маасилта также проводит этот тип прикладных исследований.

15.01.2016



Про инновации и не только


Нано



Разработана искусственная кожа на основе графенаРазработана искусственная кожа на основе графена

Исследователям из Университета Глазго уда...

Печатные электронные устройства сделают вечнымиПечатные электронные устройства сделают вечными

Группа инженеров из Калифорнийского униве...

Графен поможет выращивать уникальные двумерные полупроводникиГрафен поможет выращивать уникальные двумерные по...

Новый метод производства позволит получать дву

Молекулы Лего помогли ученым усовершенствовать ультразвукМолекулы Лего помогли ученым усовершенствовать ул...

Во всем мире ультразвуковая визуализация приме...

Эффективность не измеряется измерениямиЭффективность не измеряется измерениями

В это сложно поверить, но не вс...

Самосборку нанокристаллов можно увидеть вживуюСамосборку нанокристаллов можно увидеть вживую

Превращение простых коллоидных частиц &md...

Самое маленькое в мире радио вибрирует в унисон с волнойСамое маленькое в мире радио вибрирует в унисон с...

Физики из Калифорнийского университета в&...

Создан очень гибкий и эластичный материал из нанотрубокСоздан очень гибкий и эластичный материал из нано...

Китайские ученые создали инновационный материа...

Покрытие из нанолент защитит самолеты от наледи и молнийПокрытие из нанолент защитит самолеты от наледи и...

Тонкое покрытие, состоящее из нанолент гр...

Теплопроводностью можно управлять с помощью наноструктурТеплопроводностью можно управлять с помощью нанос...

Теплопроводность — знакомое каждому...

Белый графен поможет раскрыть потенциал черного графенаБелый графен поможет раскрыть потенциал черного г...

Изготовление идеального монослоя так назы...

Создана наносубмарина с ультрафиолетовым приводомСоздана наносубмарина с ультрафиолетовым приводом

Наносубмарины хотя и не совсем готов...

Для повышения предела чувствительности спектроскопии ученые смяли наночастицыДля повышения предела чувствительности спектроско...

Увеличив площадь поверхности графен-золотых на...

Казанские ученые представили нанокомпозит исключительно для наружного примененияКазанские ученые представили нанокомпозит исключи...

Публикация исследователей из Казани и&nbs...

Генераторы углеродных нанотрубок давно среди насГенераторы углеродных нанотрубок давно среди нас

Ученые предположили, что, возможно, автомобили...

Доказана возможность использования наноколец в солнечных батареяхДоказана возможность использования наноколец в со...

Когда Рамеш Джасти начал изготавливать крошечн...

Созданы моторчики, которые заводятся от обычного светаСозданы моторчики, которые заводятся от обычного ...

Удивительно, но это факт: чтобы акти...

Совершен прорыв в области левитирования нанообъектовСовершен прорыв в области левитирования нанообъек...

Исследователи из Рочестера впервые добили

Открыт синтез нового наноматериалаОткрыт синтез нового наноматериала

Сотрудники технического университета Луизианы ...

Как наноцентр помогает ученым улучшать мирКак наноцентр помогает ученым улучшать мир

Вот уже год Центр нанотехнологий Рес...

Ученые намерены масштабировать производство диэлектриков для хранения энергииУченые намерены масштабировать производство диэле...

Простые в изготовлении, дешевые, легкие, ...

Покрытые графеном конденсоры увеличивают эффективность электростанцийПокрытые графеном конденсоры увеличивают эффектив...

Большинство электростанций в мире, работа...

Впервые точно измерены взаимодействия атомов и углеродных поверхностейВпервые точно измерены взаимодействия атомов и уг...

Физики из университета Вашингтона провели...

Материалы со сменой фазы подразумевают обширный спектр примененияМатериалы со сменой фазы подразумевают обширный с...

Ученые из Брукхэйвенской национальной лаб...

Новые мономолекулярные диоды в 50 раз лучше прежнихНовые мономолекулярные диоды в 50 раз лучше прежн...

Исследователи под руководством доцента Ла...

Создан эффективный метод передачи сигнала нанокомпонентамСоздан эффективный метод передачи сигнала наноком...

Физики разработали инновационный метод, которы...

Магнит, шприц и маленький моторчик потребуются для получения нановолокон новым способомМагнит, шприц и маленький моторчик потребуются дл...

Исследователи из университета Джорджии ра...

Открыт метод получения графена в промышленных масштабахОткрыт метод получения графена в промышленных мас...

Кажется, один из барьеров к использо...

Наночастицы в потребительских продуктах изменяют микробиом человекаНаночастицы в потребительских продуктах изменяют ...

Подвергание модели человеческого кишечника нан...

Поиск на сайте

Магазин

  
Silicon Power Slim S55 120GB (SP120GBSS3S55S25) SSD-накопитель4290.00 руб.

Знатоки клуба инноваций



ТОП - Новости мира, инновации

Наземные беспилотные роботы: будущее или настоящее?Наземные беспилотные роботы: будущее или настоящее?
Мастерские инноваций открылись в Казани на три дняМастерские инноваций открылись в Казани на три дня
Достаточно ли часа зарядки для нормального веса?Достаточно ли часа зарядки для нормального веса?
Незнание языков – не помеха для успехаНезнание языков – не помеха для успеха
Инвестиции в инновации: инертность преодоленаИнвестиции в инновации: инертность преодолена
Новости науки в массы следует нести в упрощенном форматеНовости науки в массы следует нести в упрощенном форма
В Татарстане на базе КФУ открылся инновационный центр Cisco. На очереди еще одинВ Татарстане на базе КФУ открылся инновационный центр
«Загадочный для многих медийщиков ресурс» снова в строю«Загадочный для многих медийщиков ресурс» снова в стро
Британский ученый выяснил, кому реже одобряют кредитБританский ученый выяснил, кому реже одобряют кредит
Спасти Тасманского ДьяволаСпасти Тасманского Дьявола
Исследована галактика с активным формирование звездИсследована галактика с активным формирование звезд
Классическая музыка полезна для новорожденныхКлассическая музыка полезна для новорожденных
Щепотка калия позволит лучше сохранять водородЩепотка калия позволит лучше сохранять водород
Шизофреники непредсказуемы и способны на убийствоШизофреники непредсказуемы и способны на убийство
Солнечная угроза наталкивает на мысли о переселении на МарсСолнечная угроза наталкивает на мысли о переселении на

Новости компаний, релизы

В Индии представлен нестандартный кондиционер с нулевой энергозатратойВ Индии представлен нестандартный кондиционер с нулево
Почему перфекционистам сложно получать стабильную прибыль на форекс?Почему перфекционистам сложно получать стабильную приб
Как и что купить - большой вопросКак и что купить - большой вопрос
Работа на Форекс: общие понятияРабота на Форекс: общие понятия
Тестирование ПО: необходимость и польза услугиТестирование ПО: необходимость и польза услуги