Los investigadores que trabajan en un proyecto del Ejército desarrollaron interruptores térmicos a nanoescala que son clave para la gestión térmica de dispositivos a nanoescala, refrigeración, almacenamiento de datos, computación térmica y gestión del calor de edificios.
El diario Nanotecnología de la naturaleza publicó un estudio financiado por el Ejército de investigadores de la Universidad de Michigan que mostró por primera vez cómo se puede construir un interruptor térmico a nanoescala empleando los efectos a nanoescala que surgen cuando el calor se transfiere entre una membrana caliente y fría a través de la radiación térmica.
En comparación con la gran variedad de dispositivos, como transistores y diodos que están disponibles para controlar el flujo de electricidad, actualmente existen muy pocas propuestas para controlar el flujo de calor, especialmente a nanoescala. Para superar este desafío, los investigadores hanha estado explorando fenómenos a nanoescala que pueden habilitar nuevos dispositivos térmicos funcionales.
"Es emocionante ver las inversiones del Ejército en investigación básica que conducen al descubrimiento de nuevos efectos y demostraciones de prueba de concepto de nuevos dispositivos térmicos", dijo el Dr. Chakrapani Varanasi, gerente de programa en la Oficina de Investigación del Ejército, un elemento de los Estados UnidosLaboratorio de Investigación del Ejército del Comando de Desarrollo de Capacidades de Combate del Ejército ". Estos hallazgos pueden tener un fuerte impacto en la gestión térmica de la computación de próxima generación para el ejército".
La estrategia de modernización de la red del Ejército está diseñada para permitir que el Ejército luche esta noche mientras busca activamente soluciones de próxima generación para adelantarse a los posibles adversarios.
Un descubrimiento realizado en 2018 por el equipo de investigación, que destacó cómo se transporta el calor en direcciones preferenciales desde las membranas a nanoescala, llevó al Dr. Dakotah Thompson, autor principal del estudio de 2018, a comenzar a explorar posibles aplicaciones.
"Después de que algunos pensaron que se nos hizo evidente que podríamos crear un interruptor térmico controlando las propiedades de emisión de las nanomembranas al acercar un tercer objeto a la nanomembrana", dijo el Dr. Edgar Meyhofer, profesor de mecánicaingeniería en la Universidad de Michigan.
Para probar esta hipótesis, Thompson desarrolló un esquema en el que un objeto plano puede acercarse micras a dos membranas coplanares que intercambiaban calor.
"Para lograr este objetivo desafiante, nanofabricaba ambos dispositivos calorimétricos suspendidos que tenían una resolución calorimétrica sin precedentes y un objeto plano en forma de mesa, y controlaba la separación entre ellos usando un nanoposicionador desarrollado a medida", dijo Thompson.
De estos experimentos, los autores podrían demostrar que la transferencia de calor entre membranas a nanoescala se puede activar y desactivar simplemente modificando la separación entre las membranas y la mesa plana.
Para hacer predicciones numéricas precisas de las observaciones experimentales, el Dr. Linxiao Zhu, un becario postdoctoral en Michigan, y Thompson realizaron cálculos detallados que mostraron cómo las observaciones pueden relacionarse cuantitativamente con la forma en que se propaga la luz, que esEl portador de calor, de una membrana a otra, se ve obstaculizado por la mesa plana que puede absorber la luz que se propaga entre las membranas o reflejarla lejos de las membranas.
Los científicos del Laboratorio de Investigación del Ejército CCDC están siguiendo de cerca esta investigación para utilizar estos desarrollos para crear nuevos dispositivos relevantes para el Ejército.
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Materiales proporcionado por Laboratorio de investigación del ejército de EE. UU. . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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