«Φτιάξαμε το μικρότερο ψυγείο στον κόσμο», είπε ο Chris Regan, επικεφαλής συγγραφέας του νέου άρθρου.
Ωστόσο, οι επιστήμονες εξηγούν ότι αυτά τα μικροσκοπικάοι συσκευές δεν είναι ψυγεία με τη συνήθη έννοια - δεν υπάρχουν πόρτες ή δοχεία. Αλλά σε μεγαλύτερη κλίμακα, η ίδια τεχνολογία χρησιμοποιείται για την ψύξη υπολογιστών και άλλων ηλεκτρονικών συσκευών, καθώς και για τη ρύθμιση των θερμοκρασιών στα δίκτυα οπτικών ινών και για τη μείωση του θορύβου της εικόνας σε τηλεσκόπια υψηλών προδιαγραφών και ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές.
Αυτές οι συσκευές δημιουργούνται τοποθετώντας δύοδιαφορετικοί ημιαγωγοί μεταξύ των επιμεταλλωμένων πλακών λειτουργούν με δύο τρόπους. Όταν θερμαίνεται, η μία πλευρά ζεσταίνεται ενώ η άλλη παραμένει δροσερή. Αυτή η διαφορά θερμοκρασίας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Στο μέλλον, παρόμοιες συσκευές θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τη λήψη θερμότητας από τα καυσαέρια ενός αυτοκινήτου για να τροφοδοτήσουν το κλιματιστικό του.
Αλλά αυτή η διαδικασία μπορεί επίσης να ξεκινήσει αντίστροφακατεύθυνση. Όταν εφαρμόζεται ηλεκτρικό ρεύμα στη συσκευή, η μία πλευρά ζεσταίνεται και η άλλη κρύα, γεγονός που της επιτρέπει να λειτουργεί ως συσκευή ψύξης. Αυτή η προηγμένη τεχνολογία θα μπορούσε μια μέρα να αντικαταστήσει το σύστημα συμπίεσης ατμών σε ένα πραγματικό ψυγείο και να διατηρήσει κρύο τη σόδα στην πραγματική ζωή, για παράδειγμα.
Μια τυπική θερμοηλεκτρική συσκευή αποτελούμενη από δύο υλικά ημιαγωγών ανάμεσα σε επιμεταλλωμένες πλάκες. Πίστωση: Wikimedia Commons.
Για να δημιουργήσετε τα δικά σας θερμοηλεκτρικά ψυγείαΗ ομάδα του Regan, η οποία περιελάμβανε έξι φοιτητές UCLA, χρησιμοποίησε δύο τυπικά υλικά ημιαγωγών: το τιλουριούχο βισμούθιο και το τελλουριούχο αντιμόνιο-βισμούθιο Συνέδεσαν τη συνηθισμένη ταινία αγωγού σε κομμάτια συνηθισμένου χύδην υλικού, την αφαίρεσαν και στη συνέχεια αφαίρεσαν λεπτές μονόκλωνες νιφάδες από το υλικό που προσκολλάται ακόμη στην ταινία. Από αυτές τις νιφάδες, έκαναν λειτουργικές συσκευές με πάχος μόλις 100 νανόμετρα και συνολικό ενεργό όγκο περίπου 1 κυβικό μικρόμετρο, αόρατο με γυμνό μάτι.
«Έχουμε σπάσει το ρεκόρ για το μικρότεροθερμοηλεκτρικό ψυγείο στον κόσμο περισσότερες από δέκα χιλιάδες φορές », - είπε ο Xin Yi Lin, ένας από τους συγγραφείς του άρθρου και πρώην μαθητής της ερευνητικής ομάδας του Reagan.
Εστιάζοντας στις νανοδομές -συσκευές με τουλάχιστον ένα μέγεθος στην περιοχή από 1 έως 100 νανόμετρα - Ο Regan και η ομάδα του ελπίζουν να ανακαλύψουν νέους τρόπους για να συνθέσουν πιο αποτελεσματικά υλικά χύδην.
Ένα άλλο διακριτικό χαρακτηριστικό του νανο-μεγέθους "ψυγείου" είναι ότι μπορεί να αντιδρά σχεδόν αμέσως.
«Μόλις καταλάβουμε πώς λειτουργούν τα θερμοηλεκτρικά ψυγεία σε ατομικά και σχεδόν ατομικά επίπεδα», εξηγεί ο Regan, «μπορούμε να κλιμακώσουμε το επίπεδο μακροεντολών, όπου υπάρχει ακόμη μεγαλύτερο όφελος».
Αυτή είναι μια εικόνα που λαμβάνεται χρησιμοποιώνταςηλεκτρονικό μικροσκόπιο, δείχνει δύο ψύκτες ημιαγωγών - μία νιφάδα τελλουριδίου βισμούθιου και μία τελλουριδίου αντιμονίου-βισμούθιου - επικαλύπτονται σε μια σκοτεινή περιοχή στο κέντρο όπου συμβαίνει το μεγαλύτερο μέρος της ψύξης. Μικρές «κουκκίδες» — Αυτά είναι νανοσωματίδια ινδίου που η ομάδα χρησιμοποίησε ως θερμόμετρα. Πίστωση: UCLA/Regan Group.
Μέτρηση της θερμοκρασίας σε τόσο μικρόοι συσκευές δεν είναι εύκολη υπόθεση. Τα οπτικά θερμόμετρα έχουν χαμηλή ανάλυση σε τέτοιες μικρές κλίμακες, ενώ οι μέθοδοι ανιχνευτή σάρωσης απαιτούν εξειδικευμένο ακριβό εξοπλισμό. Και οι δύο προσεγγίσεις απαιτούν επίπονη βαθμονόμηση. Ο Ρέγκαν επαίνεσε το έργο των ερευνητών του στην ανάπτυξη και μέτρηση της απόδοσης των συσκευών νανοκλίμακας.
Διαβάστε επίσης
Στην εποχή των οικοσυστημάτων: πώς οι γίγαντες της πληροφορικής μετατρέπονται σε διεπαφές της καθημερινής μας ζωής
Ο παγετώνας Doomsday αποδείχθηκε πιο επικίνδυνος από ό, τι πίστευαν οι επιστήμονες. Λέμε το κύριο πράγμα
Το GitHub αντικατέστησε τον όρο "master" με ένα ουδέτερο ισοδύναμο