211service.com
Plastikas, kuris atšaldo
Plonos naujo polimero plėvelės, sukurtos Penn State, reaguodamos į besikeičiančius elektrinius laukus, keičia temperatūrą. Penn State mokslininkai, kurie pranešė apie naują medžiagą Mokslas praėjusią savaitę teigė, kad tai gali paskatinti naujas kompiuterių lustų aušinimo technologijas ir aplinkai nekenksmingus šaldytuvus.
Šauni ritė: Specialaus dizaino polimero plėvelės, kurių storis yra vos 0,4–2,0 mikrometrų, gali atšalti arba įkaisti 12 °C, kai pašalinamas arba per jas veikiamas elektrinis laukas.
Keičiant elektrinį lauką, polimero atomai persitvarko, keičiasi jo temperatūra; tai vadinama elektrokaloriniu efektu. Aušinimo įrenginyje medžiagai būtų taikoma įtampa, kuri vėliau susiliečia su viskuo, ką ji skirta vėsinti. Medžiaga įkaistų, perduodama savo energiją šilumos kriauklei arba išleisdama į atmosferą. Sumažinus elektrinį lauką, polimeras sugrąžintų žemą temperatūrą, kad būtų galima pakartotinai panaudoti.
Viename 2006 m Mokslas , Kembridžo universiteto mokslininkai, vadovaujami medžiagų mokslininko Neilas Mathuras aprašė keramines medžiagas, kurios taip pat turėjo elektrokalorinį efektą, bet tik maždaug 220 °C temperatūroje. Kompiuterio lusto darbinė temperatūra yra žymiai žemesnė – dažniausiai apie 85 °C – ir virtuvės šaldytuvas turėtų veikti žemesnėje temperatūroje. „Penn State“ polimeras rodo tą patį 12 laipsnių svyravimą, kaip ir keramika, tačiau jis veikia palyginti žemoje 55 °C temperatūroje.
Polimeras taip pat geriau sugeria šilumą. Aušinimo įrenginyje, be temperatūros pokyčių, taip pat reikia žinoti, kiek šilumos jis gali sugerti iš vietų, kurias reikia vėsinti. Qiming Zhang , Penn State elektros inžinerijos profesorius, vadovavęs naujam darbui. Zhang teigia, kad polimeras gali sugerti septynis kartus daugiau šilumos nei keramika.
Zhang šias savybes priskiria lankstesniam atomų išdėstymui polimeruose. Keramikoje atomai yra standesni, todėl juos sunkiau perkelti, sako jis. Atomai polimeruose gali būti daug lengviau judinami naudojant elektrinį lauką, todėl polimero elektrokalorinis efektas yra daug geresnis nei keramikoje.
„Intel“ inžinierius Rajiv Mongia, studijuojantis šaldymo technologijas, dėl šios medžiagos yra patrauklus kandidatas nešiojamų kompiuterių aušinimo programoms. Kompiuterių gamintojai ieško ne tokių didelių gabaritų alternatyvų šiuo metu nešiojamuosiuose ir staliniuose kompiuteriuose naudojamiems radiatoriams ir triukšmingiems ventiliatoriams. Ideali technologija būtų pakankamai maža, kad ją būtų galima integruoti į kompiuterio lustą.
Iki šiol, sako Mongia, nebuvo prasmės tirti elektrokalorinį lusto aušinimo efektą. Pirmosios keraminės medžiagos nepasižymėjo pakankamai dideliais temperatūros pokyčiais – drožlių aušinimui reikia sumažinti temperatūrą bent 10 °C, o naujesnė keramika neveikia esant pakankamai žemai temperatūrai. Juose taip pat yra švino – pavojingos medžiagos, kurią sunku saugiai išmesti. Polimerai neturi tų trūkumų. Tai, kad jiems pavyko sukurti polimero tipo medžiagą, kurią galima naudoti palyginti plonoje plėvelėje, verta dar kartą pažvelgti, sako Mongia. Be to, jis veikia temperatūros diapazone, kuris mus domina.
Tačiau lustų aušinimo įrenginiai užtruks šiek tiek laiko. Dabar reikia 120 voltų, kad polimeras pakeistų savo atomų išdėstymą, ir šis skaičius turėtų būti daug mažesnis, jei medžiaga bus naudojama nešiojamuosiuose kompiuteriuose. Idealiu atveju norite, kad jis veiktų esant įprastai nešiojamojo kompiuterio įtampai, kuri yra dešimtys voltų ar mažesnė, sako Mongia. Tyrėjai taip pat turės sukurti darbinį įrenginį, kuriame būtų plonos plėvelės.
Elektrokaloringos medžiagos gali padaryti šaldytuvus ekologiškesnius. Dabartiniuose buitiniuose šaldytuvuose naudojamas garų suspaudimo ciklas, kurio metu šaltnešis paverčiamas pirmyn ir atgal tarp skysčio ir garų, kad sugertų šilumą iš izoliuoto skyriaus. Mechaninio suspaudimo poreikis sumažina šaldytuvo efektyvumą. Mathuras sako, kad garais aušinami šaldytuvai yra 30–40 procentų efektyvūs. Tačiau kadangi elektrokalorinės medžiagos neturi judančių dalių, dėl jų gali būti sukurti aušinimo įrenginiai, kurie yra efektyvesni nei dabartiniai šaldytuvai. Be to, dabartiniai hidrofluorangliavandenilių šaltnešiai prisideda prie visuotinio atšilimo.
Šaldytuvai, kuriuose naudojamos elektrokalorinės medžiagos, turėtų pranašumą prieš magnetines aušinimo sistemas, kurias kuria kai kurios įmonės ir tyrimų grupės. Pakankamai didelius elektrinius laukus, kad sukeltų esminius temperatūros pokyčius elektrokalorinėse medžiagose, sukurti daug lengviau ir pigiau nei eksperimentinėse šaldymo sistemose naudojamus magnetinius laukus, kuriems reikalingi dideli superlaidūs magnetai arba brangūs nuolatiniai magnetai. Tačiau šaldytuvams reikia 40 °C temperatūros, o tai šiuo metu yra didelis kiekis elektrokaloringų medžiagų, sako Mathuras. Pagrindinis kliūtis, kalbant apie technologiją, yra tai, kad turime plonas plėveles, o su plona plėvele negalima labai vėsinti.
Zhangas ir jo kolegos dabar bando sukurti geresnius elektrokalorinius polimerus. Jie planuoja ištirti polimerus, pagamintus iš skystųjų kristalų, kurie naudojami plokščiaekraniuose ekranuose. Skystieji kristalai turi lazdelės formos molekules, kurios susilygiuos su elektriniu lauku ir sugrįš į pradinę padėtį, kai laukas bus pašalintas. Zhang teigia, kad šią savybę būtų galima panaudoti gaminant medžiagas, kurios, reaguodamos į elektrinius laukus, sugeria ir išskiria didelius šilumos kiekius.