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研究表明碳纳米管冷却电子电路的潜力
2019年04月29日    阅读量:235    新闻来源:中国化工网 okmart.com  |  投稿

使用固态冰箱冷却器具和电子设备是在巴西圣保罗州坎皮纳斯大学(UNICAMP)进行理论研究的一种可能的技术应用。


尽管这项应用未在基于计算机模拟的研究中考虑,但这种应用即将出现,可能是蒸汽压缩冰箱的有效和环保替代品,目前主导市场并导致臭氧消耗和全球化。变暖中国化工网okmart.com


该研究由Alexandre Fonseca领导,他的前学生TiagoCantuário参与,是圣保罗研究基金会-FAPESP支持的“碳纳米结构:建模和模拟”项目的一部分。结果发表在Annalen der Physik期刊的一篇文章中  。


“固态冷却是一个年轻的研究领域,结果很有希望。我们研究的方法是基于所谓的弹性热效应(ECE),它利用系统中的温度变化来响应机械应力。我们进行了计算机在碳纳米管中模拟这种效应,“Fonseca说。


在宏观世界中,当橡皮筋快速拉伸并且在释放时再次冷却时,观察到类似的效果。如果将变形施加到材料上,使得没有热量传递到系统中或从系统传出,即,当过程是绝热的时,就会发生这种效果。


“我们在2016年由Sergey Lisenkov及其合作者发表的题为” 碳纳米管和石墨烯中的弹性热效应 “的文章的基础上开始了我们的研究。它描述了一项计算机模拟研究,显示当碳纳米管发生小的变形时,相应的他们的初始长度高达3%,他们的温度变化高达30°C,“丰塞卡说。


“与Lisenkov的研究相比,它仅模拟应用于纳米管的简单应变和压缩力,我们在计算上重现了整个热力循环的过程。在我们的模拟中,我们考虑了两个阶段 - 纳米管应变和释放 - 以及两个热交换我们估算了纳米管与某种介质理想接触时可以提取的热量。与其他经过实验测试的材料相比,我们获得了良好的性能系数结果。“


性能系数定义为系统从给定区域提取的热量除以消耗的能量。例如,在家用冰箱的情况下,它表示器具从内部环境中提取的热量与消耗的电量成比例。最好的家用冰箱的性能系数大约为8,这意味着它们从内部传递到外部的热能比从供电网提取的电量多8倍,以进行交换。


“模拟两种不同纳米管的工艺,我们获得了4.1和6.5的性能系数。与其他热交换现象相比,这些数字相对较好,”Fonseca解释说。


另一个优点涉及原子和分子结构。“在某些材料的情况下,拉伸强度的应用通过改变其晶体结构使得样品改变相。在纳米管的情况下,热效应仅仅是由于结构的膨胀和松弛,其未被修改。是一个优点,因为相变会使材料逐渐失去影响感兴趣功能的能力。然而,在纳米管的情况下,该过程不会产生任何能够引起缺陷的结构转换。原子在膨胀和返回期间分离他们说,放松到原来的位置。


根据Fonseca的说法,破裂试验表明碳纳米管能够拉伸多达20%。这种抗变形性与弹性热效应的高性能相结合,使碳纳米管成为纳米级电子学发展的有趣材料。


“电子产品的核心问题是冷却。我们的动机是设想一种可以使用简单循环从设备中提取热量的设备。碳纳米管被证明非常有前景,”他说。“它们还具有另一种优点,即它们足够小,可嵌入聚合物基质中,在制造商投资研发以获得柔性电子设备(如可折叠智能手机)时,这是一种理想的特性。” 所有这些都是在全球气候变化背景下蒸汽压缩冰箱被固态冰箱取代的更大图景的一部分。


标签:行业资讯今日头条技术中心精细化学品仪器设备
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