“We hebben de kleinste koelkast ter wereld gemaakt”, zegt Chris Regan, hoofdauteur van het nieuwe artikel.
Wetenschappers leggen echter uit dat deze klein zijnde apparaten zijn geen koelkasten in de gebruikelijke betekenis - er zijn geen deuren of containers. Maar op grotere schaal wordt dezelfde technologie gebruikt om computers en andere elektronische apparaten te koelen, de temperatuur in glasvezelnetwerken te reguleren en om beeldruis in geavanceerde telescopen en digitale camera's te verminderen.
Deze apparaten, gemaakt door er twee te plaatsenverschillende halfgeleiders tussen de gemetalliseerde platen werken op twee manieren. Bij verhitting wordt de ene kant heet terwijl de andere koel blijft; dit temperatuurverschil kan worden gebruikt om elektriciteit op te wekken. In de toekomst kunnen soortgelijke apparaten worden gebruikt om warmte van de uitlaatgassen van een auto op te vangen om de airconditioner van stroom te voorzien.
Maar dit proces kan ook omgekeerd worden gestartrichting. Wanneer er elektrische stroom op het apparaat wordt toegepast, wordt de ene kant heet en de andere kant koud, waardoor het als koelapparaat kan dienen. Deze geavanceerde technologie zou op een dag het dampcompressiesysteem in een echte koelkast kunnen vervangen en bijvoorbeeld in het echt frisdrank koud kunnen houden.
Een standaard thermo-elektrisch apparaat bestaande uit twee halfgeleidermaterialen die tussen gemetalliseerde platen zijn ingeklemd. Krediet: Wikimedia Commons.
Om uw eigen thermo-elektrische koelers te makenHet team van Regan, dat zes UCLA-studenten omvatte, gebruikte twee standaard halfgeleidermaterialen: bismut-telluride en antimoon-bismut-telluride. Ze bevestigden gewone ducttape aan stukjes gewoon bulkmateriaal, verwijderden het en verwijderden vervolgens dunne enkelstrengs vlokken van het materiaal dat nog aan de tape was gehecht. Van deze vlokken maakten ze functionele apparaten van slechts 100 nanometer dik en met een totaal actief volume van ongeveer 1 kubieke micrometer, onzichtbaar voor het blote oog.
“We hebben het record voor de allerkleinsten gebrokenthermo-elektrische koelkast in de wereld meer dan tienduizend keer, "- zei Xin Yi Lin, een van de auteurs van het artikel en een voormalig student van de Reagan-onderzoeksgroep.
Focussen op nanostructuren -apparaten met minstens één grootte in het bereik van 1 tot 100 nanometer - Regan en zijn team hopen nieuwe manieren te ontdekken om efficiëntere bulkmaterialen te synthetiseren.
Een ander onderscheidend kenmerk van de "koelkast" op nanoformaat is dat deze vrijwel onmiddellijk kan reageren.
"Zodra we begrijpen hoe thermo-elektrische koelers werken op atomair en bijna-atomair niveau", legt Regan uit, "kunnen we opschalen naar het macroniveau, waar er nog meer voordeel is."
Dit is een afbeelding verkregen met behulp vanelektronenmicroscoop, toont twee halfgeleiderkoelers - één vlokje bismuttelluride en één vlokje antimoon-bismuttelluride - overlappend in een donker gebied in het midden waar de meeste afkoeling plaatsvindt. Kleine "puntjes" — dit zijn indiumnanodeeltjes die het team als thermometers gebruikte. Krediet: UCLA/Regan-groep.
Het meten van temperatuur in zo kleinapparaten is geen gemakkelijke taak. Optische thermometers hebben een lage resolutie op zo'n kleine schaal, terwijl scansondemethoden gespecialiseerde dure apparatuur vereisen. Beide benaderingen vereisen een nauwgezette kalibratie. Regan prees het werk van zijn onderzoeksstudenten bij het ontwikkelen en meten van de prestaties van apparaten op nanoschaal.
Lees ook
In het tijdperk van ecosystemen: hoe IT-reuzen veranderen in interfaces van ons dagelijks leven
De Doomsday-gletsjer bleek gevaarlijker te zijn dan wetenschappers dachten. We vertellen het belangrijkste
GitHub heeft de term "master" vervangen door een neutraal equivalent