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超薄保温材料问世:只有10个原子厚度可能会颠覆便携式电子设备的设计

作者:北京pk10 发布时间:2020-05-29 16:03 浏览次数:151

  如今,智能手机、笔记本电脑和其他电子设备在我们的工作和生活中越来越挑剔。设备过热会让人讨厌,比如用热手或担心父母触摸主机检查员。此外,设备的过热也可能导致部件的故障;在极端情况下,它甚至可能导致锂电池爆炸。

  工程师们竭尽全力避免电子设备过热。他们通常使用玻璃塑料或多层空气作为隔热材料,以防止热量损坏其他部件,如微处理器,或使用户感到不满。电子设备的小规模发展趋势对工程师来说是一个巨大的挑战,即绝缘材料和整个绝缘系统的设计。

  然而,斯坦福大学研究人员最近的新发现可以帮助工程师在未来解决小型电子设备的绝缘设计问题。他们的实验证明,只有少数原子厚度材料才能达到相同的隔热效果,比其厚100倍。

  斯坦福大学材料科学与工程学院电气工程学院教授埃里克·波普(EricPop)也是研究的负责人。这一发现可以更快地投入应用领域,更薄的隔热器将帮助工程师设计比现有结构更紧凑的电子设备。这项研究发表在“科学进步”杂志上。

  POP说,我们的研究小组正在以一种新的方式看待电子设备中的热量。。

  你能想象我们通常使用笔记本电脑或手机时感觉到的卡路里实际上是一种声音吗?当然,这不是笔记本电脑风扇的嗡嗡声。

  如果你认为这听起来有点不可靠,请仔细考虑我们学到的基本物理知识。导线中的电流是通过电子运动形成的。当这些电子运动与它们通过的原子相撞(例如电阻)时,它们会引起材料中的原子振动。电流越大,碰撞越频繁,电子就越有可能像敲钟一样敲击原子-这种刺耳的振动远高于听力的阈值。所以我们觉得它产生的能量很热。

  中国古代道家的哲学术语是安静而自然的。辩证地说,如果周围的声音太吵,人们就会感到干燥和炎热。

  在斯坦福大学(StanfordUniversity)的发现中,研究人员还提出了将热量视为声音形式的想法,并激励他们从物理世界中汲取教训。Pop曾在斯坦福大学广播电台-KZSU90.1FM上做过无线电DJ,当时他发现自己在演播室里很安静。因为特别设计的厚厚的玻璃窗隔离了外面的声音。

  目前,电子产品的绝缘设计与上述原理相似。如何更好地隔热是工程师的永恒话题。如果记录室增加或增加隔音玻璃以增加隔热材料,则会阻碍电子产品向较轻的方向发展。因此,斯坦福大学(StanfordUniversity)的研究人员从多层玻璃中吸取了教训,以使房间更加温暖的技术(在不同厚度的玻璃之间填充空

  纳米材料的异质结构可以整合原子和电子结构的性质,从而获得新的功能。这使得纳米异质结构的综合设计成为一个具有机遇和挑战性的新兴领域。然而,它在热应用领域的相应进展却相对缓慢。

  斯坦福大学(StanfordUniversity)取得了突破。研究小组通过分层堆叠原子厚的QR材料,开发出具有超高隔热性能的超薄异质结构。他们成功地将单层石墨烯MoS2和WSE2堆叠在一起,这是SiO2的100倍。在室温下,导热效率优于空气。

  在这种三明治结构中,石墨烯是单层,另外三种片状材料是三种原子厚度。这使得只有10个原子厚的四层绝缘体。不要认为绝缘体太薄而无效。该结构能很好地抑制原子的热振动。当原子穿过每一层时,它会失去大部分能量。

  同时,研究人员还分析了三明治每层材料的热阻。他们用稳定的热源加热并监测每一层。结果表明,三明治的每一层在传热过程中都具有良好的隔热效果,具有线性和稳定性。

  新材料结构必然面临同样的问题,然后才能真正投入到应用水平,即如何实现大规模生产。这一问题在二维材料领域尤其困难,尤其是如此薄的材料结构。

  斯坦福大学(StanfordUniversity)的研究人员说,他们已经开始寻找大规模生产技术,这些技术可能会在制造过程中喷洒电子元件。三明治薄层的设计也可以通过薄膜材料的沉积来实现。

  研究小组对实施应用程序充满信心,他们认为这些发现不会持续很长时间。这可能会极大地颠覆未来电子产品的设计。

  对于生活中常用的电子产品,我们知道在笔记本电脑的设计中,我们应该考虑用户的舒适性。还必须考虑内部组件的散热是否会影响性能和计算机寿命。最好的方法是使用隔热设计来避免热量直接与手接触,而机身底部使用高导热排列来增强散热功能。

  新型隔热膜不仅可以保护手感,而且可以在需要散热的地方形成良好的导热通道。此外,它的超薄特性也为笔记本电脑提供了巨大的设计空间,以提高光和光的性能。

  对于其他电子设备,如智能手机平板电脑,它们是散热还是隔热,一直困扰着工程师。对于SOC(SystemonChip系统级芯片)来说,简单地追求隔热会导致机身内部温度过高,而SOC需要降低频率。如果只追求散热,就会导致机身热手影响用户的使用经验。新型隔热膜可能是平衡上述问题的好方法。

  作为一名工程师,我们学到了很多关于如何控制电源的知识。但我们刚刚开始了解如何控制原子尺度的高频声音。。

  事实上,在最近的发展目标背后,我们可以看到科学家们隐藏的野心-他们希望有一天他们能控制电灯。控制材料中的振动能量。这可能会改变未来使用的电子产品。