گروهی از محققان در رشته‌های مختلف علمی در مؤسسه صنعتی رنسلار روش جدیدی را برای افزایش انتقال حرارت بین دو ماده ابداع کرده‌اند.
افزایش انتقال حرارت با استفاده از نانوچسب
گروهی از محققان در رشته‌های مختلف علمی در مؤسسه صنعتی رنسلار روش جدیدی را برای افزایش انتقال حرارت بین دو ماده ابداع کرده‌اند. نتایج مطالعات این گروه، پیشرفت در سیستم‌های سردسازی تراشه‌ها، دیود‌های گسیلنده نور (LED)، استحصال انرژی خورشید، بازیافت انرژی‌های اتلافی و دیگر سیستم‌ها را به همراه خواهد داشت.
این محققان نشان دادند که قرار دادن یک لایه فوق‌نازک از یک نانوچسب بین سیلیکا و مس افزایش چهار برابری در انتقال حرارت هدایتی بین دو ماده را منجر خواهد شد. این نانوچسب یک لایه از مولکول به ضخامتی کمتر از یک نانومتر است که یک پیوند قوی بین مس (فلز) و سیلیکا (سرامیک) برقرار کرده که در نبود این لایه برقرار شدن این پیوند امکان‌ناپذیر است. این شکل از قفل نانومولکولی، چسبندگی را بهبود بخشیده و همچنین با همگام‌سازی نوسانات اتم‌ها در ماده، انتقال موثر ذرات گرما به نام فونون را تسهیل می‌کند. به غیر از مس و سیلیکا، این گروه تحقیقاتی، کارآمدی این سیستم را نیز در سایر فصول مشترک فلز – سرامیک نشان داده‌اند.
انتقال حرارت از جنبه‌های مهم و حیاتی در فناوری‌های گوناگون است. با کوچک‌تر و پیچیده‌تر شدن تراشه‌های رایانه‌ای سازندگان تراشه‌ها همواره در جستجوی روش‌های جدید و بهتر برای دفع حرارت مازاد از دستگاه‌های نیمه‌هادی به منظور افزایش کارآمدی آنها هستند. به عنوان مثال در دستگاه‌های فتوولتائیک، انتقال حرارت بهتر منجر به تبدیل موثرتر نور خورشید به انرژی الکتریکی خواهد شد. سازندگان LED نیز همواره به دنبال راه‌کاری برای افزایش بازدهی با کاهش درصد اتلاف در توان ورودی هستند. گاناپاتی راماناث، استاد دانشکده علوم و مهندسی مواد در مؤسسه صنعتی رنسلار که راهبری این تحقیق را به عهده دارد، معتقد است که توانایی برای افزایش و بهینه‌سازی هدایت حرارت در فصل مشترک منجر به نوآوری در کاربردهای گوناگون خواهد شد.
راماناث در این رابطه گفت: «فصول مشترک دو ماده به دلیل انتقال سخت فونون در آنها، اغلب به گلوگاه‌های انتقال حرارت یاد می‌شوند. با این حال روش ابداعی مذکور در قرار دادن یک نانولایه فوق‌نازک از مولکول‌های آلی که با هردو ماده پیوندی قوی برقرار میکنند، برخلاف هدایت حرارت ناچیز در فصل مشترک آلی- معدنی، افزایش چند برابری هدایت حرارتی را به همراه خواهد داشت.» این روش تنظیم انتقال حرارت با کنترل چسبندگی با استفاده از یک نانولایه آلی در سیستم‌های چندماده‌ای نیز عمل کرده و ابزاری جدید برای تغییر خواص گوناگون ماده در فصول مشترک خواهد بود. همچنین از نکات قابل توجه دیگر می‌توان به امکان‌پذیر بودن نشاندن آسان و بدون مزاحمت یک لایه منفرد از مولکول‌ها به‌صورت خودآراء اشاره کرد.
این گروه تحقیقاتی با بکارگیری تلفیقی از آزمایش‌های تجربی و مباحث تئوری صحت یافته‌های خود را نشان داده‌اند. پاول کبلینسکی، یکی از این محققان، در این رابطه گفت: «مطالعات انجام شده روابطی را بین قدرت پیوند در فصل مشترک و هدایت حرارتی نشان می‌دهد که موید تعاریف نظری بوده و در عین حال دستیابی به روش‌های جدید در کنترل انتقال حرارت در فصل مشترک را میسر می‌کند.»
این پژوهشگران جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Nature Materials منتشر کرده‌اند.
