हम ऐसे इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को कैसे डिज़ाइन कर सकते हैं जो ज़्यादा गरम न हों?

एक नया थर्मल ट्रांजिस्टर नाजुक इलेक्ट्रॉनिक घटकों से गर्मी को दूर करने में मदद कर सकता है और उन्हें चिप और सर्किट विफलता के खिलाफ भी इन्सुलेट कर सकता है. आपने पहले गर्मी महसूस की है - नेविगेशन ऐप चलाते समय गर्म होने वाला स्मार्टफोन या लैपटॉप जो आपकी गोद के लिए बहुत गर्म हो जाता है.

इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों द्वारा उत्पादित गर्मी उपयोगकर्ताओं को परेशान करने से ज्यादा करती है. गर्मी से प्रेरित आवाजें और क्रैकिंग के कारण चिप्स और सर्किट विफल हो सकते हैं.

एक नई तकनीक का उद्देश्य इलेक्ट्रॉनिक्स को गर्मी के हानिकारक प्रभावों से बचाना है. | केविन क्राफ्ट द्वारा चित्रण

अब स्टैनफोर्ड के नेतृत्व वाली इंजीनियरिंग टीम ने न केवल गर्मी का प्रबंधन करने का एक तरीका विकसित किया है, लेकिन इसे नाजुक उपकरणों से दूर करने में मदद करें. में लिखना प्रकृति संचार, शोधकर्ता एक थर्मल ट्रांजिस्टर का वर्णन करते हैं - एक नैनोस्केल स्विच जो इलेक्ट्रॉनिक घटकों से गर्मी को दूर कर सकता है और इसके हानिकारक प्रभावों के खिलाफ उन्हें इन्सुलेट कर सकता है.

"एक व्यावहारिक थर्मल ट्रांजिस्टर का विकास एक गेम चेंजर हो सकता है कि हम इलेक्ट्रॉनिक्स कैसे डिजाइन करते हैं","वरिष्ठ लेखक ने कहा केनेथ गुडसन, मैकेनिकल इंजीनियरिंग के एक प्रोफेसर.

शोधकर्ता वर्षों से हीट स्विच विकसित करने की कोशिश कर रहे हैं. पिछला थर्मल ट्रांजिस्टर बहुत बड़ा साबित हुआ, बहुत धीमा और व्यावहारिक उपयोग के लिए पर्याप्त संवेदनशील नहीं है. चुनौती एक नैनोस्केल तकनीक ढूंढ रही है जो बार-बार चालू और बंद हो सकती है, एक बड़ा गर्म-से-ठंडा स्विचिंग कंट्रास्ट है और कोई हिलता हुआ भाग नहीं है.

विद्युत अभियंता द्वारा सहायता प्राप्त एरिक पॉप और सामग्री वैज्ञानिक यी कुई, गुडसन की टीम ने मोलिब्डेनम डाइसल्फ़ाइड की एक पतली परत से शुरुआत करके इन बाधाओं को पार किया, एक अर्धचालक क्रिस्टल जो परमाणुओं की परतदार चादरों से बना होता है. अभी-अभी 10 कमरे के तापमान पर नैनोमीटर मोटा और प्रभावी, इस सामग्री को आज के इलेक्ट्रॉनिक्स में एकीकृत किया जा सकता है, प्रौद्योगिकी को व्यावहारिक बनाने के लिए एक महत्वपूर्ण कारक.

इस ऊष्मा-संचालन अर्धचालक को ट्रांजिस्टर जैसे स्विच में बनाने के लिए, शोधकर्ताओं ने सामग्री को बहुत सारे लिथियम आयनों के साथ तरल में स्नान किया. जब सिस्टम में एक छोटा विद्युत प्रवाह लागू किया जाता है, लिथियम परमाणु क्रिस्टल की परतों में घुसना शुरू कर देते हैं, इसकी गर्मी-संचालन विशेषताओं को बदलना. जैसे-जैसे लिथियम की सांद्रता बढ़ती है, थर्मल ट्रांजिस्टर बंद हो जाता है. कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय में डेविड डोनाडियो के समूह के साथ काम करना, डेविस, शोधकर्ताओं ने पाया कि ऐसा इसलिए होता है क्योंकि लिथियम आयन क्रिस्टल के परमाणुओं को अलग कर देते हैं. इससे गर्मी का निकलना मुश्किल हो जाता है.

आदित्य सूद, गुडसन और पॉप के साथ एक पोस्टडॉक्टरल विद्वान और कागज पर सह-प्रथम लेखक, एक कार में थर्मोस्टेट के लिए थर्मल ट्रांजिस्टर की तुलना की. जब कार ठंडी हो, थर्मोस्टेट बंद है, शीतलक को बहने से रोकना, और इंजन गर्मी बरकरार रखता है. जैसे ही इंजन गर्म होता है, थर्मोस्टेट खुलता है और इंजन को इष्टतम तापमान पर रखने के लिए शीतलक चलना शुरू हो जाता है. शोधकर्ताओं का अनुमान है कि संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में गर्मी के नुकसान को सीमित करने में मदद के लिए कंप्यूटर चिप्स से जुड़े थर्मल ट्रांजिस्टर चालू और बंद हो जाएंगे.

गतिशील गर्मी नियंत्रण को सक्षम करने के अलावा, टीम के परिणाम लिथियम आयन बैटरी के विफल होने के कारणों में नई अंतर्दृष्टि प्रदान करते हैं. चूंकि बैटरी में झरझरा सामग्री लिथियम से प्रभावित होती है, वे गर्मी के प्रवाह को बाधित करते हैं और तापमान में वृद्धि कर सकते हैं. सुरक्षित बैटरियों को डिजाइन करने के लिए इस प्रक्रिया के बारे में सोचना महत्वपूर्ण है.

अधिक दूर के भविष्य में शोधकर्ता कल्पना करते हैं कि थर्मल ट्रांजिस्टर को सर्किट में हीट लॉजिक का उपयोग करके गणना करने के लिए व्यवस्थित किया जा सकता है, जितना अर्धचालक ट्रांजिस्टर बिजली का उपयोग करके गणना करते हैं. लेकिन नैनोस्केल पर गर्मी को नियंत्रित करने की क्षमता से उत्साहित होने पर, शोधकर्ताओं का कहना है कि यह तकनीक तुलनीय है जहां पहले इलेक्ट्रॉनिक ट्रांजिस्टर कुछ थे 70 बहुत साल पहले, जब आविष्कारक भी पूरी तरह से कल्पना नहीं कर सके कि उन्होंने क्या संभव बनाया है.

"पहली बार के लिए, तथापि, एक व्यावहारिक नैनोस्केल थर्मल ट्रांजिस्टर पहुंच के भीतर है,"गुडसन कहते हैं".

स्रोत: इंजीनियरिंग.स्टैनफोर्ड.edu, एंड्रयू मायर्स द्वारा