перевод 6

Природа Материалы исследования: Повышая теплопередача С Nanoglue

Команда междисциплинарных исследователей в политехническом институте Rensselaer разработал новый метод значительно увеличивает скорость передачи тепла через двух различных материалов. Результаты исследования команды, опубликованной в журнале Nature Materials, может позволить новые достижения в области охлаждения компьютерных чипов и устройств освещения светодиодные (LED), сбор солнечной энергии, тепла уборки отходов и других приложений.

По прослаивая слой ультратонких "nanoglue" между медью и кремнезем, исследовательская группа продемонстрировала четырехкратное увеличение теплопроводности на границе раздела между двумя материалами. Менее нанометровый или одной миллиардной метра толщиной, то nanoglue представляет собой слой молекул, которые образуют прочные связи с медью (металл) и диоксид кремния (керамический), которые в противном случае не склеиваются хорошо. Этот вид Наномолекулярная блокировки улучшает адгезию, а также помогает синхронизировать колебаний атомов, составляющих два материала, которые, в свою очередь, способствует более эффективному перенос частиц тепла, называемых фононами. Помимо меди и кремния, исследовательская группа продемонстрировала свой подход работы с другими интерфейсами металлокерамических.

Передача тепла является важным аспектом многих различных технологий. Как компьютерные чипы растут меньше и более сложными, производители постоянно находятся в поиске новых и более совершенных средств для удаления избыточного тепла от полупроводниковых устройств для повышения надежности и производительности. С помощью фотогальванических устройств, например, лучше перенос тепла приводит к более эффективному преобразованию солнечного света в электрическую энергию. Светодиодные производители также ищут способы повышения эффективности за счет снижения доли входной мощности теряется в виде тепла. Ганапати Раманат, профессор кафедры материаловедения и инженерии в Rensselaer, который привел новое исследование, сказал способность усиливать и оптимизировать межфазное теплопроводность должна привести к появлению новых инноваций в этих и других приложениях.

"Интерфейсы между различными материалами, часто узкие места теплового потока из-за сдавленным фононного транспорта. Вставка третьего материала, как правило, только делает вещи хуже из-за дополнительного интерфейса, созданного, "сказал Раманат. "Тем не менее, наш метод введения ультратонкую нанослоем органических молекул, которые сильно связь с обоими материалами на границе раздела приводит к увеличению многократному в межфазной теплопроводимости, вопреки плохой теплопроводности видели на неорганических органических интерфейсов. Этот метод для настройки функции теплопроводимости путем регулирования адгезии с использованием органического нанослоем работает для нескольких систем материалов, а также предлагает новые средства для атомно- и на молекулярном уровне манипулирования несколькими свойствами при различных типах материалов интерфейсов. Кроме того, это здорово, чтобы быть в состоянии сделать это довольно ненавязчиво простым методом самосборки одного слоя молекул ".

Результаты нового исследования, под названием «Bonding-индуцированное повышение теплопроводности при неорганических гетерограницах использованием НАНОМОЛЕКУЛЯРНЫХ монослоев," были опубликованы в Интернете на прошлой неделе Nature Materials, и появится в следующем печатном издании журнала.

Исследовательская группа использовала комбинацию экспериментов и теории для подтверждения своих выводов.

"Наше исследование устанавливает взаимосвязь между межфазной прочность сцепления и теплопроводностью, которая служит для поддержки новых теоретических описаний и открывают новые способы контроля межфазного переноса тепла," сказал соавтор Pawel Keblinski, профессор кафедры материаловедения и инженерии Rensselaer.

"Это действительно замечательно, что один молекулярный слой может привести такого большого улучшения тепловых свойств интерфейсов путем формирования прочных межфазных связей. Это было бы полезно для регулирования переноса тепла для многих применений в электронике, освещения и производства энергии, "сказал соавтор Масаси Yamaguchi, доцент кафедры физики, прикладной физики и астрономии в Rensselaer.

Это исследование было профинансировано при поддержке Национального научного фонда (NSF).

"Главная цель NSF-авторами исследований профессора Раманат является выяснение, с использованием моделей из первых принципов, основанных, влияние молекулярной химии, химической среде, интерфейс топографии и термомеханической езды на велосипеде по теплопроводимости металлокерамических интерфейсов модифицирована с молекулярной нанослоях, "сказал Кларк В. Купер, старший советник по науке в дирекции NSF для физико-математических наук, который ранее занимал должность директора по программам материалов и инженерии поверхности. "В соответствии с миссией ННФ, в центре внимания его исследования является развитие фундаментальной науки, но потенциальные социальные выгоды исследования огромны."

"Это прекрасный пример взаимодействия между физическими, химическими и механическими свойствами, работающих в унисон на наноуровне для определения переноса тепла характеристики при неодинаковых металлокерамических интерфейсов," сказал Анупама Б. Кауль, директор программы для Отдела электротехники, связи и кибер-систем в Управлении NSF по инженерным наукам. "Тот факт, что органический слой наномолекулярный просто монослой толщиной, и все же имеет такое большое влияние на тепловые характеристики действительно поразительна. Результаты доктора Раманат должны быть особенно ценными в наноэлектронике, где управление тепла за счет сокращающихся размеров устройство продолжает быть областью активных исследований ".