Tunawezaje kutengeneza vifaa vya kielektroniki ambavyo havizidi joto?

Transistor mpya ya mafuta inaweza kusaidia kupitisha joto kutoka kwa vifaa dhaifu vya elektroniki na pia kuviweka dhidi ya hitilafu ya chip na mzunguko.. Umewahi kuhisi joto hapo awali - simu mahiri ambayo huwasha moto unapoendesha programu ya kusogeza au kompyuta ndogo ambayo ina joto sana kwa paja lako.

Joto linalozalishwa na vifaa vya elektroniki hufanya zaidi ya kuwaudhi watumiaji. Utupu unaosababishwa na joto na kupasuka kunaweza kusababisha chips na mizunguko kushindwa.

Teknolojia mpya inalenga kulinda vifaa vya elektroniki dhidi ya athari mbaya za joto. | Kielelezo na Kevin Craft

Sasa timu ya wahandisi inayoongozwa na Stanford imeunda njia sio tu kudhibiti joto, lakini usaidie kuielekeza mbali na vifaa maridadi. Kuandika ndani Mawasiliano ya asili, watafiti wanaelezea transistor ya mafuta - swichi ya nanoscale ambayo inaweza kufanya joto kutoka kwa vifaa vya elektroniki na kuziweka dhidi ya athari zake za uharibifu..

"Kutengeneza transistor ya vitendo ya mafuta kunaweza kubadilisha mchezo katika jinsi tunavyobuni vifaa vya elektroniki,” alisema mwandishi mkuu Kenneth Goodson, profesa wa uhandisi wa mitambo.

Watafiti wamekuwa wakijaribu kutengeneza swichi za joto kwa miaka. Transistors za awali za mafuta zilionekana kuwa kubwa sana, polepole sana na sio nyeti vya kutosha kwa matumizi ya vitendo. Changamoto imekuwa kutafuta teknolojia ya nanoscale ambayo inaweza kuwasha na kuzima mara kwa mara, kuwa na tofauti kubwa ya kubadili moto-kwa-baridi na hakuna sehemu zinazosonga.

Inasaidiwa na mhandisi wa umeme Eric Pop na mwanasayansi wa nyenzo Yi Cui, Timu ya Goodson ilishinda vizuizi hivi kwa kuanza na safu nyembamba ya molybdenum disulfide., kioo cha semiconducting ambacho kinaundwa na karatasi zenye safu za atomi. Tu 10 nanometers nene na ufanisi katika joto la kawaida, nyenzo hii inaweza kuunganishwa katika umeme wa leo, jambo muhimu katika kufanya teknolojia kuwa ya vitendo.

Ili kufanya semiconductor hii inayoendesha joto kuwa swichi inayofanana na transistor, watafiti walioga nyenzo kwenye kioevu chenye ioni nyingi za lithiamu. Wakati umeme mdogo unatumiwa kwenye mfumo, atomi za lithiamu huanza kupenyeza kwenye tabaka za fuwele, kubadilisha sifa zake za kupitisha joto. Kadiri mkusanyiko wa lithiamu unavyoongezeka, transistor ya joto inazimwa. Kufanya kazi na kikundi cha Davide Donadio katika Chuo Kikuu cha California, Davis, watafiti waligundua kuwa hii hutokea kwa sababu ioni za lithiamu husukuma kando atomi za fuwele. Hii inafanya kuwa ngumu kwa joto kupita.

Aditya Sood, msomi wa baada ya udaktari na Goodson na Pop na mwandishi mwenza wa kwanza kwenye karatasi, alilinganisha transistor ya joto na thermostat katika gari. Wakati gari ni baridi, thermostat imezimwa, kuzuia baridi kutoka kwa mtiririko, na injini huhifadhi joto. Wakati injini inapo joto, kidhibiti cha halijoto hufunguka na kipozezi huanza kusogea ili kuweka injini katika halijoto ifaayo. Watafiti wanafikiria kwamba transistors za mafuta zilizounganishwa na chips za kompyuta zinaweza kuwasha na kuzimwa ili kusaidia kupunguza uharibifu wa joto katika vifaa nyeti vya elektroniki..

Kando na kuwezesha udhibiti wa joto wa nguvu, matokeo ya timu hutoa maarifa mapya kuhusu nini husababisha betri za lithiamu ion kushindwa. Kama nyenzo za vinyweleo kwenye betri huingizwa na lithiamu, huzuia mtiririko wa joto na huweza kusababisha halijoto kupanda juu. Kufikiria juu ya mchakato huu ni muhimu katika kuunda betri salama.

Katika siku zijazo za mbali zaidi watafiti wanafikiria kuwa transistors za mafuta zinaweza kupangwa katika mizunguko ili kuhesabu kwa kutumia mantiki ya joto., kama vile transistors za semiconductor zinavyokokotoa kwa kutumia umeme. Lakini wakati msisimko na uwezo wa kudhibiti joto katika nanoscale, watafiti wanasema teknolojia hii inalinganishwa na ambapo transistors za kwanza za kielektroniki zilikuwa zingine 70 miaka iliyopita, wakati hata wavumbuzi hawakuweza kuona kikamilifu kile walichofanya iwezekanavyo.

"Kwa mara ya kwanza, hata hivyo, transistor ya joto ya nanoscale inaweza kufikiwa,” Goodson anasema.

Chanzo: engineering.stanford.edu, na Andrew Myers