كيف يمكننا تصميم الأجهزة الإلكترونية التي لا افراط?

الترانزستور حرارية جديدة يمكن أن تساعد سلوك الحرارة بعيدا عن المكونات الإلكترونية الدقيقة، وكذلك عزل لهم ضد رقاقة والفشل الدائرة. كنت قد شعرت الحرارة قبل - الهاتف الذكي الذي يدفئ أثناء تشغيل التطبيق الملاحة أو جهاز الكمبيوتر المحمول الذي يحصل حار جدا لحضنك.

الحرارة الناتجة عن الأجهزة الإلكترونية يفعل أكثر من المستخدمين مزعجة. الفراغات الناجمة عن الحرارة وتكسير يمكن أن يسبب الرقائق والدوائر فشل.

تهدف تقنية جديدة إلى حماية الإلكترونيات من الآثار الضارة للحرارة. | رسم توضيحي بواسطة كيفن كرافت

الآن وقد وضعت فريق الهندسة بقيادة ستانفورد وسيلة لإدارة الحرارة ليس فقط, ولكن ساعد في توجيهه بعيدًا عن الأجهزة الحساسة. الكتابة في طبيعة الاتصالات, وصف الباحثون ترانزستورًا حراريًا - وهو مفتاح بمقياس نانوي يمكنه نقل الحرارة بعيدًا عن المكونات الإلكترونية وعزلها ضد آثارها الضارة..

"تطوير الترانزستور الحراري عملي يمكن أن يكون لعبة تبديل في كيفية تصميم الالكترونيات,"قال مؤلف كبير كينيث جودسون, أستاذ الهندسة الميكانيكية.

وقد الباحثين يحاولون تطوير مفاتيح الحرارة لسنوات. أثبتت الترانزستورات الحرارية السابقة كبيرة جدا, بطيئة جدا وغير حساسة بما يكفي للاستخدام العملي. وقد التحدي ايجاد تكنولوجيا النانو التي يمكن تبديل وإيقاف مرارا وتكرارا, لديهم واسع ساخن إلى بارد على النقيض من التبديل وجود أجزاء متحركة.

بمساعدة مهندس كهربائي اريك البوب وعالم المواد يي كوي, تغلب فريق جودسون في هذه العقبات من خلال البدء بطبقة رقيقة من ثاني كبريتيد الموليبدينوم, بلورة شبه موصلة التي تتكون من صفائح الطبقات من ذرات. مجرد 10 نانومتر سميكة وفعالة في درجة حرارة الغرفة, يمكن دمج هذه المواد في الالكترونيات اليوم, عاملا حاسما في جعل التكنولوجيا عملي.

من أجل جعل هذا أشباه الموصلات للحرارة إلى التبديل مثل الترانزستور, استحم الباحثون المواد في السائل مع الكثير من أيونات الليثيوم. عندما يتم تطبيق تيار كهربائي صغير لنظام, تبدأ ذرات الليثيوم للبث في طبقات من الكريستال, تغيير الخصائص إجراء حرها. كما يزيد تركيز الليثيوم, مفاتيح الترانزستور الحرارية خارج. العمل مع مجموعة دافيدي Donadio في جامعة كاليفورنيا, ديفيس, اكتشف الباحثون أن هذا يحدث لأن أيونات الليثيوم دفع بصرف النظر ذرات من الكريستال. وهذا يجعل من الصعب للحرارة من خلال الحصول على.

أديتيا سود, عالم ما بعد الدكتوراه مع جودسون وبوب ومؤلف أول مشارك في الورقة, تشبيه الترانزستور الحراري الحرارة في السيارة. عندما تكون السيارة باردة, الحرارة هو خارج, منع المبرد من التدفق, والمحرك يحتفظ الحرارة. مع دفء المحرك, يفتح الحرارة ويبدأ المبرد للتحرك للحفاظ على المحرك في درجة حرارة مثلى. الباحثون يتصور أن الترانزستورات الحرارية متصلة رقائق الكمبيوتر سوف تتحول على نحو متقطع للمساعدة في الحد من ضرر الحرارة في الأجهزة الإلكترونية الحساسة.

إضافة إلى تمكين مراقبة الحرارة الديناميكية, توفر نتائج الفريق رؤى جديدة في ما يسبب بطاريات الليثيوم أيون للفشل. كما غرست في مواد مسامية في بطارية الليثيوم مع, أنها تعوق تدفق الحرارة ويمكن أن يسبب درجات الحرارة لترتفع. التفكير في هذه العملية أمر بالغ الأهمية لتصميم بطاريات أكثر أمانا.

في المستقبل الأبعد يتصور الباحثون أن الترانزستورات الحرارية يمكن أن يتم ترتيبها في الدوائر لحساب باستخدام المنطق الحرارة, بقدر الترانزستورات أشباه الموصلات حساب باستخدام الكهرباء. ولكن في حين ولع القدرة على التحكم في الحرارة على مقياس النانو, ويقول الباحثون هذه التقنية هي مماثلة إلى حيث كانت الترانزستورات الإلكترونية الأولى بعض 70 سنين مضت, حتى عندما يكون المخترعين لا يمكن تصور تماما ما قدمت الممكنة.

"لأول مرة, ومع ذلك, الترانزستور الحراري النانو العملي هو في متناول اليد,"يقول جودسون.

مصدر: Engineering.stanford.edu, اندرو مايرز