Мы все расстроены теплом, которое исходит от смартфонов, ноутбуков и всех других электронных устройств, верно? Тем не менее, это тепло может сделать больше, чем просто беспокоить вас; Это также может привести к неисправности и даже взрыву литиевых батарей. Инженеры используют стеклянные, пластиковые и даже воздушные слои в качестве изоляции, предотвращая повреждение или дискомфорт от тепла. Команде исследователей удалось создать теплозащитный экран толщиной всего 10 атомов для обеспечения изоляции.
Команда исследователей родом из Стэнфордского университета, и ей удалось продемонстрировать, что несколько слоев тонких, атомно тонких материалов, сложенных как листы бумаги и помещенных в горячие точки, могут обеспечить изоляцию, эквивалентную листу стекла, который в 100 раз больше толстый. Тепловой экран, такой же тонкий, как этот конкретный тепловой экран, позволит инженерам сделать электронные устройства еще тоньше.
Эрик Поп, профессор электротехники и ведущий автор статьи, опубликованной в Science Advances, сказал: «Мы смотрим на тепло в электронных устройствах совершенно по-новому», – сказал Поп. Тепло, которое мы испытываем на наших ноутбуках или смартфонах, в основном неслышимый высокочастотный звук. Это может звучать безумно, если вы не понимаете основную физику. Электричество течет по проводам, как поток электронов. Эти электроны сталкиваются с атомами материалов, через которые они проходят. При каждом столкновении электрон заставляет атом вибрировать. Чем больше протекает ток, тем больше он создает столкновений, в результате чего вибрации движутся через твердый материал на частотах, которые находятся за пределами нашего диапазона слуха. Эти вибрации в конечном итоге генерируют тепло, которое мы ощущаем как тепло.
Стэнфордские исследователи рассматривали это тепло как своего рода звук, и это заставило их использовать некоторые принципы из физического мира для создания этого теплового экрана. Поп работал радио-ди-джеем в KZSU 90.1 FM Стэнфорда и знал, что в музыкальных студиях звукозаписи тихо из-за толстых стеклянных окон, которые используются для пропуска постороннего звука из студии. Подобный принцип уже используется для создания тепловых экранов, которые установлены в современной электронике. Тем не менее, проблема исследователей заключается не только в лучшей изоляции; Лучшая изоляция тоже тоньше. В итоге они заимствовали другую идею, которой пользуются владельцы; Многослойные окна с воздушными прослойками между листами стекла, чтобы сохранить интерьер в тепле и тишине.
Постдокторский исследователь Сэм Вазири является ведущим автором статьи и сказал: «Мы адаптировали эту идею, создав изолятор, который бы использовал несколько слоев атомарно тонких материалов вместо толстой массы стекла». Возвращаясь к атомно тонким материалам, которые использовались для создания этого теплозащитного экрана; условно говоря, это недавнее открытие. Ученые смогли выделить некоторые материалы в такие тонкие слои только в течение пятнадцати лет. Стэнфордская группа исследователей использовала слой графена и три подобных листовых материала, каждый толщиной три атома, чтобы создать четырехслойный изолятор, глубина которого составляет всего 10 атомов. Этот теплозащитный экран оказывается настолько эффективным, потому что тепловые колебания атомов ослабляют и теряют большую часть своей энергии при прохождении через каждый слой.
Поп сказал: «Как инженеры, мы знаем немного о том, как управлять электричеством, и мы совершенствуемся со светом, но мы только начинаем понимать, как манипулировать высокочастотным звуком, который проявляется в виде тепла в атомном масштабе.
