(Phys.org)—Onderzoekers hebben de heetste thermische diode tot nu toe gebouwd, die werkt bij temperaturen van meer dan 600 K (326 ° C). Thermische diodes kunnen dienen als de bouwstenen van toekomstige thermische computers, die zou kunnen werken bij temperaturen waarbij de huidige elektronische computers snel oververhit zouden raken en niet meer zouden werken.

De onderzoekers, Universitair docent Sidy Ndao en afgestudeerde student Mahmoud Elzouka aan de afdeling Mechanical &Materials Engineering van de University of Nebraska-Lincoln, hebben een artikel gepubliceerd over de NanoThermoMechanical diode in een recent nummer van Nature's Wetenschappelijke rapporten .

"We hebben de bouwsteen gedemonstreerd van wat de thermische computer van de toekomst zou kunnen zijn, en het werkt bij zeer hoge temperaturen, " vertelde Ndao Phys.org . "Voor iemand die ook actief bezig is met elektronicakoeling, je vraagt ​​je af:'Wat als we stoppen met het koelen van elektronica met z'n allen?'

"In tegenstelling tot elektronica, NanoThermoMechanische geheugen- en logische apparaten gebruiken warmte in plaats van elektriciteit om gegevens vast te leggen en te verwerken; daarom kunnen ze werken in ruwe omgevingen waar elektronica meestal faalt. Enkele voorbeelden zijn de verkenning van planeet Venus met een gemiddelde temperatuur van meer dan 400 °C, en diepgrondboringen voor aardolie en geothermische energie. Even belangrijk is de kans die deze technologie biedt voor het terugwinnen van restwarmte met de ontwikkeling van thermische batterijen."

De functie van een thermische diode is om warmte voornamelijk in de ene richting te laten stromen, maar niet in de andere, vergelijkbaar met hoe een elektronische diode elektrische stroom voornamelijk in één richting laat stromen. Dit vermogen om de stroomrichting te regelen, stelt diodes in staat om twee verschillende niveaus van een signaal te produceren, die de basis vormen voor de binaire logische niveaus "0" en "1".

De nieuwe thermische diode bereikt twee verschillende niveaus van warmtestroom door de afstand tussen twee oppervlakken te regelen:een bewegende terminal en een stationaire terminal. De onderzoekers toonden aan dat het veranderen van de relatieve temperaturen van de twee terminals de opening tussen hen verandert, die de hoeveelheid warmteoverdracht verandert, die op zijn beurt afhangt van de richting van de warmtestroom.

Dit is de eerste keer dat de relatie tussen deze vier factoren - temperatuur, scheidingskloof, warmteoverdrachtssnelheid, en warmtestroomrichting - is gebruikt voor gebruik in een thermische diode.

Het hele apparaat bestaat uit 24 paar bewegende en vaste terminals, samen met twee dunne-film platina microheaters die onafhankelijk de temperaturen van elk paar terminals regelen en meten. Wanneer de vaste terminal heter is dan de bewegende terminal, de kloof is groot, wat resulteert in een lage warmteoverdracht. Wanneer de bewegende terminal heter wordt dan de vaste terminal, de bewegende terminal komt dichter bij de vaste terminal en de opening wordt kleiner, wat leidt tot een hogere warmteoverdracht.

Op deze schaal, de warmteoverdracht vindt fysiek plaats door een proces dat nabije-veld thermische straling wordt genoemd, die voornamelijk het gevolg is van het tunnelen van verdwijnende oppervlaktegolven tussen twee dicht bij elkaar gelegen oppervlakken. Deze demonstratie is de eerste keer dat thermische straling in het nabije veld is gebruikt om een ​​thermische diode bij hoge temperaturen te laten werken. Dit was moeilijk vanwege de technische uitdagingen bij het beheersen van de kloof op nanoschaal.

Tests hebben aangetoond dat de thermische diode kan werken bij temperaturen tot 600 K, en de onderzoekers verwachten dat hogere temperaturen met verbeterde prestaties mogelijk zijn door ontwerpoptimalisatie.

Een ander voordeel van de methode is dat de thermische diode eenvoudig kan worden geïmplementeerd, omdat het geen exotische materialen vereist, maar in plaats daarvan standaardtechnieken gebruikt die al bekend zijn in de halfgeleiderindustrie.

© 2017 Fys.org