"Olemme tehneet maailman pienimmän jääkaapin", sanoi Chris Regan, uuden artikkelin pääkirjoittaja.
Tutkijat kuitenkin selittävät, että nämä pienetlaitteet eivät ole jääkaappeja tavallisessa mielessä - ovia tai astioita ei ole. Mutta laajemmassa mittakaavassa samaa tekniikkaa käytetään tietokoneiden ja muiden elektronisten laitteiden jäähdyttämiseen, kuituoptisten verkkojen lämpötilojen säätämiseen ja kuvan "melun" vähentämiseen huippuluokan teleskoopeissa ja digitaalikameroissa.
Nämä laitteet on luotu asettamalla kaksieri puolijohteet metalloitujen levyjen välillä toimivat kahdella tavalla. Kuumennettaessa toinen puoli kuumenee, kun toinen pysyy viileänä; tätä lämpötilaeroa voidaan käyttää sähkön tuottamiseen. Tulevaisuudessa vastaavia laitteita voidaan käyttää auton pakokaasujen lämmön talteenottamiseksi ilmastointilaitteen virran saamiseksi.
Mutta tämä prosessi voidaan aloittaa myös päinvastoinsuunta. Kun laitteeseen syötetään sähkövirtaa, toinen puoli kuumenee ja toinen kylmää, mikä antaa sen toimia jäähdytyslaitteena. Tämä edistyksellinen tekniikka voisi jonain päivänä korvata höyrynpuristusjärjestelmän todellisessa jääkaapissa ja pitää soodan kylmänä esimerkiksi tosielämässä.
Tavallinen lämpösähköinen laite, joka koostuu kahdesta puolijohdemateriaalista metalloidun levyn välissä. Luotto: Wikimedia Commons.
Omien lämpösähköisten jäähdyttimien luominenReganin kuusi UCLA-opiskelijaryhmää käytti kahta tavanomaista puolijohdemateriaalia: vismuttitelluridia ja antimoni-vismuttitelluridia. He kiinnittivät tavallisen teipin tavallisen irtomateriaalin paloihin, irroittivat sen irti ja poistivat sitten ohuet yksisäikeiset hiutaleet teipistä edelleen kiinnittyneestä materiaalista. Näistä hiutaleista he tekivät toiminnallisia laitteita, joiden paksuus oli vain 100 nanometriä ja aktiivinen kokonaismäärä noin 1 kuutiometriä, paljaalle silmälle näkymätön.
”Olemme ylittäneet pienimmän ennätyksenlämpösähköinen jääkaappi maailmassa yli kymmenentuhatta kertaa ”, kertoi Xin Yi Lin, yksi artikkelin kirjoittajista ja entinen Reaganin tutkimusryhmän opiskelija.
Keskity nanorakenteisiin -laitteet, joiden koko on vähintään 1–100 nanometriä – Regan ja hänen tiiminsä toivovat löytävänsä uusia tapoja syntetisoida tehokkaampia bulkkimateriaaleja.
Toinen nanokokoisen "jääkaapin" erottava piirre on, että se voi reagoida melkein välittömästi.
"Kun ymmärrämme, kuinka lämpösähköiset jäähdyttimet toimivat atomi- ja atomiatasoilla", Regan selittää, "voimme skaalata makrotasolle, jossa on vielä suurempi hyöty."
Tämä on kuva, joka on saatu käyttämälläelektronimikroskooppi, näyttää kaksi puolijohdejäähdytintä - yksi vismutti-telluridihiutale ja yksi antimoni-vismutti-telluridia - limittäin pimeällä alueella keskellä, jossa suurin osa jäähtymisestä tapahtuu. Pienet "pisteet" — nämä ovat indium-nanohiukkasia, joita ryhmä käytti lämpömittareina. Luotto: UCLA/Regan Group.
Lämpötilan mittaaminen niin pienessälaitteiden käyttö ei ole helppoa. Optisilla lämpömittareilla on pieni resoluutio niin pienissä mittakaavoissa, kun taas skannausanturimenetelmät edellyttävät erikoistuneita kalliita laitteita. Molemmat lähestymistavat vaativat huolellisen kalibroinnin. Regan kiitti tutkimusopiskelijoidensa työtä nanoskaalalaitteiden suorituskyvyn kehittämisessä ja mittaamisessa.
Lue myös
Ekosysteemien aikakaudella: kuinka IT-jättiläiset muuttuvat jokapäiväisen elämämme rajapinnoiksi
Tuomiopäivän jäätikkö osoittautui vaarallisemmaksi kuin tutkijat ajattelivat. Kerromme pääasia
GitHub on korvannut termin "päällikkö" neutraalilla vastaavalla