手机过热将成历史原子级别隔热层诞生

  • 2020-07-11

手机过热将成历史原子级别隔热层诞生

斯坦福大学的研究人员研製出了一种只有10个原子叠起来这幺薄的隔热层,将为电子设备隔热技术带来革命,更开闢了一个全新的研究领域:如同控制光和电一样,控制材料内部能量振动的技术。

手机、笔记本电脑发热问题有时会导致大麻烦,比如锂电池爆炸等事故。斯坦福大学的最新研究发明了一种只有10个原子厚的隔热层,相当于普通纸张厚度的5万分之一,隔热效果相当于现有技术需要100倍厚度玻璃材料製造的隔热层。在不远的将来,这种技术可用于製造更小巧、轻薄的手机和电子产品。

热量是一种人耳听不到的声波

研究人员意识到,手机和笔记本电脑发出的热量,其实是一种人耳听不到的声波。为什幺这幺说呢?

研究人员解释说,在电缆中传播的电流就是一组流动的电子。这些电子移动的时候与电缆材料内部的原子碰撞。每次碰撞,电子都让原子发生振动,电流越强,这些碰撞越多。电子与原子的撞击犹如大量的锤子敲击众多的铃铛一样。唯一不同的是,这些原子振动波的频率远高于人耳可以听到的音频範围,人们能感受得到的只有热量而已。因此也可以说热量是声音的一种形式。

原子级别厚度的材料

主要研究人员之一、斯坦福大学的电气工程教授埃里克‧波普(EricPop),从他早年在校办KZSU90.1FM电台当DJ的经历中得到启发:厚厚的玻璃有着很好的隔音效果,让播音室完全不受外界声音的干扰。

他想到,隔音的技术应该也可用于隔热,但是玻璃隔音层太厚。于是又借鑒了房屋隔热窗的技术:以多层玻璃材料分隔多层不同厚度的空气,从而让房间保暖、隔音。

这份研究的主要作者萨姆‧瓦齐里(SamVaziri)说:「我们借鑒了这种技术,用几层原子厚的材料代替玻璃製造了隔热层。」

原子级别厚度的材料也是近几年的新技术。15年前,科学家才有能力将材料分离为原子厚度级别的层次。比如只有几个碳原子厚的石墨烯薄层就是第一个成功的应用。

在这份研究中,斯坦福研究组用一层石墨烯,加上三层每层3个原子厚的其它材料,造出了一共只有10个原子厚的隔热材料。原子的热振动每经过其中一层,都会损失很大能量,因此隔绝效果很好。

不过,要想投入实际应用,研究人员还必须找到一种在製造过程中可以大规模地将这种材料附着到电子元件上的工艺,比如喷涂或者其它办法。

全新的研究领域

除了製造超薄隔绝层,研究人员还有更大的雄心:希望将来能像现在控制电流和光线一样,控制材料内部的能量振动。随着科学家对声音和热量的本质的更深认识,一个全新的、结合电话、留声机、语音的全新研究领域——声子学(Phononics)正在兴起。

「作为工程师,我们对电流已有不错的了解,对光的认识也在加深,现在我们开始研究如何控制在原子层面、表现为热量的高频声波。」◇#



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