Nowatorski sposób zmiany przewodnictwa materiałów

Zespół z MIT-u (Massachusetts Institute of Technology), pracujący pod kierunkiem Ganga Chena, opracował nowatorski sposób kontrolowania przewodnictwa cieplnego i elektrycznego materiałów. Dzięki zmianie warunków zewnętrznych można uzyskać ponad 100-krotną zmianę przewodnictwa elektrycznego i ponad 3-krotną zmianę przewodnictwa cieplnego. Wynalazek jest tak nowatorski, że Chen i jego zespół spodziewają się, że już wkrótce kolejne zespoły naukowców będą informowały o nowych pomysłach na jego wykorzystanie.

Jednym z możliwych zastosowań prac uczonych z MIT-u jest ochrona układów scalonych przed przegrzaniem się. W temperaturze pokojowej układ będzie pracował normalnie, ale w miarę jak jego temperatura będzie wzrastała poza ustaloną normę, ciepło zwiększy oporność materiału aż do momentu, gdy wysoka temperatura w ogóle uniemożliwi przepływ prądu. W tym momencie układ przestanie pracować, a jego temperatura zacznie spadać. Im będzie chłodzniejszy, tym wydajniej będzie przewodził prąd, a zatem tym szybciej będzie wykonywał swoje zadania.

Inne potencjalne zastosowanie to przechowywanie ciepła zebranego np. z promieni słonecznych. Ciepło takie będzie można wykorzystać później np. do podgrzania wody.

Wynalazek polega na rozpuszczeniu niewielkich płatków materiału w płynie, który w miarę zestalania się tworzy kryształy. Do swoich testów uczeni użyli płatków grafitu umieszczonych w heksadekanie. Wykazali jednak, że proces możliwa jest też kombinacja innych materiałów. Ważne, by ciecz, w której umieszczamy inny materiał krystalizowała podczas zestalania się. Ciecz użyta w eksperymentach MIT-u ma punkt tonienia bliski temperaturze pokojowej. Całość działa dzięki temu, że gdy płyn zamarza, ciśnienie tworzące kryształy przybliża do siebie cząstki rozpuszczonego materiału, zwiększając przewodnictwo cieplne i elektryczne całości. Gdy płyn się rozpuszcza, zachodzi proces odwrotny, a przewodnictwo zmniejsza się. Grafit stanowił 0,2% całego systemu, dzięki czemu roztwór był bardzo stabilny. Płatki grafitu mogły nieograniczenie długo pozostawać zawieszone w roztworze, co wykazano eksperymentalnie badając zbiornik po trzech miesiącach od umieszczenia w nim roztworu.

Gang Chen mówi, że temperatury, w jakich będzie zachodził cały proces można odpowiednio dobierać zmieniając materiały, z których uzyskamy roztwór.

Wykorzystanie zmiany fazy do kontrolowania przewodnictwa nanokompozytu to bardzo sprytny pomysł - mówi Li Shi, profesor z University o Texas i dodaje, że nigdy wcześniej o czymś takim nie słyszał.

To bardzo ważne osiągnięcie. Przełączniki cieplne istnieją, jednak składają się z różnych elementów zrobionych z różnych materiałów, a tutaj mamy do czynienia z systemem, który nie posiada makroskopowych ruchomych części. Wspaniała robota - stwierdził Joseph Heremans, profesor fizyki i inżynierii lotnictwa z Ohio State University.

przewodnictwo cieplne przewodnictwo elektryczne zmiana Gang Chen