„Stworzyliśmy najmniejszą lodówkę na świecie” – powiedział Chris Regan, główny autor nowego artykułu.
Jednak naukowcy wyjaśniają, że te malutkiete urządzenia nie są lodówkami w zwykłym sensie - nie ma drzwi ani pojemników. Ale na większą skalę ta sama technologia jest wykorzystywana do chłodzenia komputerów i innych urządzeń elektronicznych, a także do regulacji temperatury w sieciach światłowodowych i redukcji „szumu” obrazu w wysokiej klasy teleskopach i aparatach cyfrowych.
Te urządzenia są tworzone przez umieszczenie dwóchróżne półprzewodniki między metalizowanymi płytami działają na dwa sposoby. Po podgrzaniu jedna strona nagrzewa się, a druga pozostaje chłodna; ta różnica temperatur może być wykorzystana do wytwarzania energii elektrycznej. W przyszłości podobne urządzenia mogą być używane do wychwytywania ciepła ze spalin samochodowych do zasilania jego klimatyzacji.
Ale proces ten można również rozpocząć w odwrotnej kolejności.kierunek. Kiedy do urządzenia doprowadzany jest prąd elektryczny, jedna strona staje się gorąca, a druga zimna, dzięki czemu może służyć jako urządzenie chłodzące. Ta zaawansowana technologia mogłaby pewnego dnia zastąpić system kompresji pary w prawdziwej lodówce i na przykład utrzymać zimną wodę sodową w prawdziwym życiu.
Standardowe urządzenie termoelektryczne składające się z dwóch materiałów półprzewodnikowych umieszczonych pomiędzy metalizowanymi płytami. Źródło: Wikimedia Commons.
Tworzenie własnych lodówek termoelektrycznychZespół Regana, w skład którego wchodziło sześciu studentów UCLA, użył dwóch standardowych materiałów półprzewodnikowych: tellurku bizmutu i tellurku antymonu i bizmutu. Przymocowali zwykłą taśmę klejącą do kawałków zwykłego materiału sypkiego, usunęli ją, a następnie usunęli cienkie, jednoniciowe płatki z materiału nadal przyklejonego do taśmy. Z tych płatków wykonali funkcjonalne urządzenia o grubości zaledwie 100 nanometrów i całkowitej objętości czynnej około 1 mikrometra sześciennego, niewidoczne gołym okiem.
„Pobiliśmy rekord najmniejszegolodówka termoelektryczna na świecie ponad dziesięć tysięcy razy ”- powiedział Xin Yi Lin, jeden z autorów artykułu i były student grupy badawczej Reagan.
Koncentrując się na nanostrukturach -urządzenia o co najmniej jednym rozmiarze w zakresie od 1 do 100 nanometrów – Regan i jego zespół mają nadzieję odkryć nowe sposoby syntezy bardziej wydajnych materiałów masowych.
Inną wyróżniającą cechą „lodówki” w rozmiarze nano jest to, że może reagować niemal natychmiast.
„Kiedy już zrozumiemy, jak działają chłodnice termoelektryczne na poziomie atomowym i prawie atomowym”, wyjaśnia Regan, „możemy skalować do poziomu makro, gdzie korzyści są jeszcze większe”.
To jest obraz uzyskany za pomocąmikroskop elektronowy, pokazuje dwie chłodnice półprzewodnikowe - jeden płatek tellurku bizmutu i jeden płatek tellurku antymonu i bizmutu - nakładające się na ciemny obszar pośrodku, gdzie następuje większość chłodzenia. Małe „kropki” — są to nanocząsteczki indu, które zespół wykorzystał jako termometry. Źródło: Grupa UCLA/Regan.
Pomiar temperatury w takich malutkichurządzeń nie jest łatwym zadaniem. Termometry optyczne mają niską rozdzielczość w tak małych skalach, podczas gdy metody sond skanujących wymagają specjalistycznego drogiego sprzętu. Oba podejścia wymagają żmudnej kalibracji. Regan pochwalił pracę swoich studentów w zakresie opracowywania i mierzenia wydajności urządzeń w nanoskali.
Czytaj także
W dobie ekosystemów: jak giganci IT zmieniają się w interfejsy naszego codziennego życia
Lodowiec Doomsday okazał się bardziej niebezpieczny, niż sądzili naukowcy. Mówimy najważniejsze
GitHub zastąpił termin „master” neutralnym odpowiednikiem