این کشف، فیزیک مواد را به چالش کشید - قهرمانان پنهان انتقال گرما

به گزارش سرویس بین الملل خبر ناب به نقل از همشهری - یکتافراهانی : معمولا درک سنتی ما از مواد رسانای گرما بر پایه نظم و کمال ساختاری استوار بوده است. اما پژوهشی تازه نشان داده این باور ممکن است اشتباه باشد. محققان دریافته اند نقص های میکروسکوپی در ساختار مواد، به ویژه در فیلرهای اکسید گرافیت می توانند به طرز چشمگیری عملکرد انتقال گرما را افزایش دهند. در این مطالعه، مشخص شد وجود این نقص ها مانع از چسبیدن زنجیره های پلیمری به یکدیگر می شوند و فضای بهتری برای حرکت و انتشار ارتعاشات گرمایی یا همان فونون ها فراهم می کنند.

این یافته ها نه تنها نظریه های قدیمی را به چالش می کشند، بلکه پنجره ای تازه به طراحی مواد هوشمند، به ویژه در حوزه فناوری های پرحرارت مانند میکروچیپ ها و ربات های نرم، می گشایند.

بهبود انتقال گرما در پلیمرها

در پژوهشی جدید و شگفت انگیز، محققان دریافته اند نقص ها در ساختار مواد می توانند باعث بهبود انتقال گرما در پلیمرها شوند. در حالی که مواد کامل و بی نقص همیشه به عنوان گزینه برتر مطرح بوده اند، این مطالعه نشان می دهد که مواد ناقص (فیلرهای اکسید گرافیت دارای نقص) عملکرد حرارتی بسیار بهتری از خود نشان می دهند. این یافته، نه تنها نظریه های پیشین را به چالش می کشد، بلکه مسیرهای تازه ای برای طراحی نسل جدیدی از مواد با رسانایی حرارتی فوق العاده بالا باز می کند؛ موادی که می توانند دنیای الکترونیک، رباتیک نرم و حتی میکروچیپ ها را دگرگون سازند.

بررسی یک کشف شگفت انگیز

در نگاه نخست، طبیعی است تصور کنیم فیلرهای گرافیتی بی نقص، به دلیل سطوح صاف و ساختار منظم شان، در انتقال گرما برتر هستند. اما آزمایش های دقیق نشان داد که برعکس، فیلرهای دارای نقص تا ۱۶۰ درصد عملکرد بهتری دارند. این نتیجه شگفت انگیز از آنجا ناشی می شود که نقص ها موجب می شوند زنجیره های پلیمری نتوانند به صورت فشرده کنار هم قرار بگیرند، و این مسئله فضای بیشتری برای انتقال مؤثر ارتعاشات گرمایی ایجاد می کند.

بهبود انتقال جریان گرما

دکتر جون لیو، استاد مهندسی مکانیک و هوافضا در دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی می گوید: گاهی نقص ها مانند پل هایی عمل می کنند که جفت شدگی بین پلیمر و فیلر را بهبود می دهند و جریان گرما را آسان تر می کنند. در واقع، این نقص ها با برهم زدن نظم سطوح، مقاومت حرارتی را کاهش داده و رسانایی را افزایش می دهند.


بیشتربخوانید:

ترکیب علم و مدل سازی برای درک بهتر

برای اثبات این یافته، تیم تحقیقاتی از ترکیبی از آزمایش ها و مدل های پیشرفته استفاده کرد: اندازه گیری های انتقال حرارتی، پراکندگی نوترونی، مدل سازی مکانیک کوانتومی و شبیه سازی های دینامیک مولکولی. این روش های جامع نشان دادند نقص ها نه تنها مزاحم نیستند، بلکه فرصت هایی طلایی برای انتقال بهتر گرما در مواد ترکیبی پلیمری فراهم می کنند.

آینده فناوری های نو

دکتر شو، از اعضای اصلی تیم تحقیقاتی عقیده دارد این یافته ها می توانند الهام بخش توسعه موادی جدید با رسانایی حرارتی فوق العاده بالا باشند. چنین موادی می توانند در خنک سازی مؤثر میکروچیپ های پرقدرت، ربات های نرم نسل آینده، و حتی در سیستم های الکترونیکی با نیاز بالا به دفع گرما، تحولی عظیم ایجاد کنند.

ابزاری برای بهبود عملکرد

این تحقیق اثبات می کند گاهی اوقات نقص ها نه تنها مانع نیستند، بلکه می توانند بهبودهای غیرمنتظره ای به همراه داشته باشند. بر پایه این یافته ها، شاید زمان آن رسیده باشد که در طراحی مواد آینده، به جای حذف نقص ها، از آن ها به عنوان ابزاری برای بهبود عملکرد بهره ببریم. جهان علم، بار دیگر نشان داد که در دل بی نظمی، نظمی تازه نهفته است.

این خبر توسط سایت همشهری آنلاین منتشر شده و خبر ناب صرفا آن را به اشتراک گذاشته است.

منبع : همشهری آنلاین