Illustrations- och skanningselektronmikrografier av NanoThermoMechanical likriktare. Upphovsman:Elzouka och Ndao. Publicerad i Naturvetenskapliga rapporter .
(Phys.org) —Forskare har byggt den hetaste termiska dioden hittills, som arbetar vid temperaturer över 600 K (326 ° C). Termiska dioder kan fungera som byggstenar för framtida termiska datorer, som kan köra vid temperaturer där dagens elektroniska datorer snabbt skulle överhettas och sluta fungera.
Forskarna, Biträdande professor Sidy Ndao och doktorand Mahmoud Elzouka vid University of Nebraska-Lincolns institution för mekanisk och materialteknik, har publicerat ett papper om NanoThermoMechanical dioden i ett nyligen utgåva av Nature's Vetenskapliga rapporter .
"Vi har visat byggstenen för vad som kan vara framtidens termiska dator, och det fungerar vid mycket höga temperaturer, "Berättade Ndao Phys.org . "För någon som också aktivt arbetar med elektronikkylning, det får dig att undra "Tänk om vi slutade kyla elektronik tillsammans?"
"Till skillnad från elektronik, NanoThermoMekaniskt minne och logiska enheter använder värme istället för elektricitet för att registrera och bearbeta data; därför kan de fungera i tuffa miljöer där elektronik vanligtvis misslyckas. Några exempel inkluderar utforskning av planeten Venus med medeltemperatur över 400 ° C, och djupborrning av petroleum och geotermisk energi. Lika viktigt är också möjligheten som denna teknik ger för återvinning av spillvärme med utveckling av termiska batterier. "
Funktionen hos en termodiod är att låta värme flöda främst i en riktning men inte den andra, liknande hur en elektronisk diod tillåter elektrisk ström att flöda främst i en riktning. Denna förmåga att styra flödesriktningen gör att dioder kan producera två olika nivåer av en signal, som utgör grunden för "0" och "1" binära logiska nivåer.
Den nya termodioden uppnår två distinkta värmeflöden genom att styra avståndet mellan två ytor:en rörlig terminal och en stationär terminal. Forskarna visade att förändring av de relativa temperaturerna för de två terminalerna ändrar gapstorleken mellan dem, som ändrar mängden värmeöverföring, vilket i sin tur beror på värmeflödets riktning.
Sidy Ndao och Mahmoud Elzouka, University of Nebraska-Lincoln College of Engineering, utvecklat denna termodiod som kan tillåta datorer att använda värme som en alternativ energikälla. Upphovsman:Karl Vogel /University of Nebraska-Lincoln Engineering
Detta är första gången som förhållandet mellan dessa fyra faktorer - temperatur, separationsgap, värmeöverföringshastighet, och värmeflödesriktning - har utnyttjats för användning i en termisk diod.
Hela enheten består av 24 par rörliga och fasta terminaler, tillsammans med två tunnfilms platina mikrovärmare som oberoende styr och mäter temperaturen på varje par terminaler. När den fasta terminalen är varmare än den rörliga terminalen, klyftan är stor, vilket resulterar i en låg värmeöverföringshastighet. När den rörliga terminalen blir varmare än den fasta terminalen, den rörliga terminalen rör sig närmare den fasta terminalen och gapet minskar, vilket leder till en högre värmeöverföringshastighet.
I denna skala, värmeöverföringen sker fysiskt på grund av en process som kallas termisk strålning nära fältet, som huvudsakligen beror på tunnling av evanescenta ytvågor mellan två tätt placerade ytor. Denna demonstration är första gången som termisk strålning i närområdet används för att driva en termodiod vid höga temperaturer. Att göra detta har varit svårt på grund av de tekniska utmaningarna för att kontrollera nanoskala -gapet.
Tester visade att termodioden kan fungera vid temperaturer upp till 600 K, och forskarna förväntar sig att högre temperaturer med förbättrad prestanda är möjliga genom designoptimering.
En annan fördel med metoden är att termodioden enkelt kan implementeras, eftersom det inte kräver exotiska material utan istället använder standardtekniker som redan är kända för halvledarindustrin.
© 2017 Phys.org
