ላፕቶፕ ካለዎት ለምን የማሞቂያ ፓድ: በአቶሚክ ደረጃ የሙቀት መከላከያ ጥናት

ላፕቶፕ ካለዎት ለምን የማሞቂያ ፓድ: በአቶሚክ ደረጃ የሙቀት መከላከያ ጥናት

የ Xbox 360 ዘመን ልምድ ያካበቱ በአለም ዙሪያ ያሉ ብዙ ተጫዋቾች ኮንሶላቸው እንቁላል የሚቀቡበት ወደ መጥበሻ ሲቀየር ሁኔታውን ጠንቅቀው ያውቃሉ። ተመሳሳይ አሳዛኝ ሁኔታ የሚከሰተው በጨዋታ ኮንሶሎች ብቻ ሳይሆን በስልኮች፣ ላፕቶፖች፣ ታብሌቶች እና ሌሎችም ጭምር ነው። በመርህ ደረጃ, ማንኛውም የኤሌክትሮኒክስ መሳሪያ ማለት ይቻላል የሙቀት ድንጋጤ ሊያጋጥመው ይችላል, ይህም ወደ ውድቀት እና የባለቤቱን ብስጭት ብቻ ሳይሆን የባትሪውን "መጥፎ መጨመር" እና ከባድ ጉዳት ሊያስከትል ይችላል. ዛሬ በስታንፎርድ ዩኒቨርሲቲ የሳይንስ ሊቃውንት ልክ እንደ ኒክ ፉሪ አስቂኝ ተውኔቶች ሙቀትን የሚነኩ የኤሌክትሮኒክስ ክፍሎችን ከመጠን በላይ እንዳይሞቁ እና በዚህም ምክንያት እንዳይሰበሩ የሚከላከል ጋሻ የፈጠሩበትን ጥናት ዛሬ እናስተዋውቃለን። የሳይንስ ሊቃውንት የሙቀት መከላከያን እንዴት መፍጠር ቻሉ, ዋና ዋና አካላት ምንድ ናቸው እና ምን ያህል ውጤታማ ናቸው? ስለዚህ ጉዳይ እና ሌሎችም ከተመራማሪው ቡድን ሪፖርት እንማራለን። ሂድ።

የምርምር መሠረት

ከመጠን በላይ የማሞቅ ችግር ለረዥም ጊዜ ይታወቃል, እና ሳይንቲስቶች በተለያዩ መንገዶች ይፈታሉ. በጣም ታዋቂው የመስታወት ፣ የፕላስቲክ እና አልፎ ተርፎም የአየር ሽፋኖች እንደ የሙቀት ጨረር ዓይነት ሆነው ያገለግላሉ። በዘመናዊ እውነታዎች, ይህ ዘዴ የሙቀት መከላከያ ባህሪያቱን ሳያጠፋ የመከላከያ ንብርብሩን ውፍረት ወደ ብዙ አተሞች በመቀነስ ሊሻሻል ይችላል. ተመራማሪዎቹ ያደረጉትም ይህንኑ ነው።

እኛ በእርግጥ ስለ ናኖሜትሪዎች እየተነጋገርን ነው። ይሁን እንጂ በሙቀት መከላከያ ውስጥ መጠቀማቸው ቀደም ሲል የኩላንት ሞገድ ርዝመት (ሞገድ) ርዝመት ውስብስብ ነበር.ፎኖኖች*) ከኤሌክትሮኖች ወይም ከፎቶኖች በጣም ያነሰ ነው.

ፎኖን* - የክሪስታል አተሞች የንዝረት እንቅስቃሴ ኳንተም ነው።

በተጨማሪም በፎኖኖች የቦሶኒክ ባህሪ ምክንያት በቮልቴጅ (በቻርጅ ማጓጓዣዎች እንደሚደረገው) በቮልቴጅ ለመቆጣጠር የማይቻል ሲሆን ይህም በአጠቃላይ በጠጣር ውስጥ ያለውን የሙቀት ልውውጥ ለመቆጣጠር አስቸጋሪ ያደርገዋል.

ቀደም ሲል የጠንካራ ንጥረ ነገሮች የሙቀት ባህሪያት ተመራማሪዎች እንዳስታውሱት በናኖላሚን ፊልሞች እና ሱፐርላቲስ በመዋቅር ችግር እና በከፍተኛ የጥቅጥቅ መገናኛ መገናኛዎች ወይም በሲሊኮን እና በጀርማኒየም ናኖቪየር በጠንካራ የፎኖን መበታተን ምክንያት ይቆጣጠሩ ነበር.

ከላይ ለተገለጹት በርካታ የሙቀት መከላከያ ዘዴዎች ሳይንቲስቶች በልበ ሙሉነት ተዘጋጅተዋል ባለ ሁለት ገጽታ ቁሳቁሶች , ውፍረታቸው ከበርካታ አተሞች አይበልጥም, ይህም በአቶሚክ ሚዛን ለመቆጣጠር ቀላል ያደርገዋል. በጥናታቸው ተጠቅመዋል ቫን ደር ዋልስ (vdW) በአቶሚክ ቀጫጭን 2D ንጣፎችን በመገጣጠም በጣም ከፍተኛ የሙቀት መቋቋም ችሎታቸውን በሄትሮስትራክቸሮቻቸው ውስጥ።

ቫን ደር ዋልስ ሃይሎች* - ከ10-20 ኪጄ / ሞል ኃይል ያለው ኢንተርሞለኩላር / ኢንተርአቶሚክ መስተጋብር ኃይሎች.

አዲሱ ቴክኒክ በ 2 nm ውፍረት SiO2 (ሲሊኮን ዳይኦክሳይድ) ንብርብር ውስጥ ካለው ጋር ሲነፃፀር በ 300 nm ውፍረት ባለው የvdW heterostructure ውስጥ የሙቀት መከላከያ ማግኘት አስችሏል።

በተጨማሪም የvdW heterostructures አጠቃቀም የተለያዩ የአቶሚክ ጅምላ እፍጋቶች እና የንዝረት ሁነታዎች ጋር heterogeneous XNUMXD monolayers ንብርብር አማካኝነት በአቶሚክ ደረጃ ላይ ያለውን የሙቀት ንብረቶች ላይ ቁጥጥር ለማግኘት አስችሏል.

እንግዲያው, የድመቷን ዊስክ አንጎትቱ እና የዚህን አስደናቂ ምርምር ውጤቶች ግምት ውስጥ ማስገባት እንጀምር.

የምርምር ውጤቶች

በመጀመሪያ ደረጃ, በዚህ ጥናት ውስጥ ጥቅም ላይ የዋሉትን የvdW heterostructures ጥቃቅን እና የኦፕቲካል ባህሪያት ጋር እንተዋወቅ.

ላፕቶፕ ካለዎት ለምን የማሞቂያ ፓድ: በአቶሚክ ደረጃ የሙቀት መከላከያ ጥናት
ምስል #1

በምስሉ ላይ 1a (ከላይ ወደ ታች): graphene (Gr), MoSe2, MoS2, WSe22 እና SiO2/Si substrate ያካተተ ባለአራት-ንብርብር heterostructure ተሻጋሪ ዲያግራም ያሳያል። ሁሉንም ንብርብሮች በአንድ ጊዜ ለመቃኘት ይጠቀሙ ራማን ሌዘር* ከ 532 nm የሞገድ ርዝመት ጋር.

ራማን ሌዘር* - የብርሃን ማጉላት ዋናው ዘዴ ራማን መበተን የሆነበት የሌዘር ዓይነት.

ራማን መበተንበተራው ደግሞ በአንድ ንጥረ ነገር ሞለኪውሎች ላይ የኦፕቲካል ጨረሮች መበታተን ሲሆን ይህም በጨረር ድግግሞሽ ላይ ከፍተኛ ለውጥ ያመጣል.

በርካታ ዘዴዎች heterostructures መካከል microstructural, አማቂ እና የኤሌክትሪክ ተመሳሳይነት ለማረጋገጥ ጥቅም ላይ ውለዋል: ስካን ማስተላለፍ ኤሌክትሮን ማይክሮስኮፕ (STEM), photoluminescence spectroscopy (PL), ኬልቪን መጠይቅን ማይክሮስኮፒ (KPM), ስካን የሙቀት ማይክሮስኮፒ (SThM), እንዲሁም ራማን spectroscopy እና ቴርሞሜትሪ .

የምስል ምስል 1b የGr/MoSe2/MoS2/WSe22 heterostructureን የራማን ስፔክትረም በ SiO2/Si substrate ላይ በቀይ ነጥብ ምልክት በተደረገበት ቦታ ያሳየናል። ይህ ሴራ በንብርብር ድርድር ውስጥ የእያንዳንዱን ሞኖላይተር ፊርማ እና እንዲሁም የ Si substrate ፊርማ ያሳያል።

በ 1c-1f የGr/MoSe2/MoS2/WSe22 የግርዶሽ STEM ምስሎች ታይተዋል (1с) እና Gr/MoS2/WSe22 heterostructures (1d-1f) ከተለያዩ ጥልፍ አቅጣጫዎች ጋር. የ STEM ምስሎች ምንም አይነት ብክለት ሳይኖር በአቶሚክ የተጠጋ የቪዲደብልዩ ክፍተቶችን ያሳያሉ, ይህም የእነዚህ heterostructures አጠቃላይ ውፍረት ሙሉ በሙሉ እንዲታይ ያስችለዋል. በፎቶ ሉሚንሴንስ (PL) ስፔክትሮስኮፒ (የኢንተርሌይለር ማያያዣ) በትልልቅ የፍተሻ ቦታዎች ላይም ተረጋግጧል።1g). በ heterostructure ውስጥ ያሉት የነጠላ ንብርብሮች የፎቶላይሚንሰንት ምልክት ከገለልተኛ ሞኖላይየር ምልክት ጋር ሲነፃፀር በከፍተኛ ሁኔታ ተጨቁኗል። ይህ የሚገለጸው ከተጣራ በኋላ ይበልጥ እየጠነከረ በሚሄደው የኢንተርሌይየር መስተጋብር ምክንያት በኢንተርላይየር ክፍያ ማስተላለፍ ሂደት ነው።

ላፕቶፕ ካለዎት ለምን የማሞቂያ ፓድ: በአቶሚክ ደረጃ የሙቀት መከላከያ ጥናት
ምስል #2

የሙቀት ፍሰትን ከሄትሮስትራክቸር አቶሚክ አውሮፕላኖች ጋር ቀጥ ብሎ ለመለካት የንብርብሮች ድርድር በአራት-መመርመሪያ ኤሌክትሪክ መሳሪያዎች መልክ ተዋቅሯል. የላይኛው የግራፊን ሽፋን ፓላዲየም (ፒዲ) ኤሌክትሮዶችን ያገናኛል እና ለራማን ቴርሞሜትሪ መለኪያዎች እንደ ማሞቂያ ያገለግላል።

ይህ የኤሌክትሪክ ማሞቂያ ዘዴ የግቤት ኃይልን ትክክለኛ መጠን ያቀርባል. ሌላው የሚቻል የማሞቂያ ዘዴ, ኦፕቲካል, የግለሰብ ንብርብሮች ለመምጥ Coefficients ባለማወቅ ምክንያት ተግባራዊ ለማድረግ ይበልጥ አስቸጋሪ ይሆናል.

በ 2a ባለአራት-መመርመሪያ መለኪያ ዑደት ያሳያል, እና 2b እየተሞከረ ያለውን መዋቅር ከፍተኛ እይታ ያሳያል. መርሐግብር 2с ለሶስት መሳሪያዎች የሚለካ የሙቀት ማስተላለፊያ ባህሪያትን ያሳያል፣ አንድ ግራፊን ብቻ የያዘ እና ሁለት Gr/WSe22 እና Gr/MoSe2/WSe22 የንብርብሮች አደራደሮችን የያዙ። ሁሉም ተለዋጮች የባንድ ክፍተት አለመኖር ጋር የተያያዘውን graphene መካከል ambipolar ባህሪ ያሳያሉ.

በተጨማሪም የኤሌክትሪክ ንክኪነት ከMoS2 እና WSe22 በላይ ብዙ ትዕዛዞችን ስለሚይዝ የአሁኑን ማስተላለፊያ እና ማሞቂያ በላይኛው ንብርብር (ግራፊን) ውስጥ እንደሚከሰት ታውቋል.

የተሞከሩትን መሳሪያዎች ተመሳሳይነት ለማሳየት የኬልቪን ፕሮብ ማይክሮስኮፕ (KPM) እና የቲርማል ማይክሮስኮፕ (SThM) ስካን በመጠቀም መለኪያዎች ተወስደዋል. በገበታው ላይ 2d የመስመራዊ እምቅ ስርጭትን የሚያሳዩ የ KPM መለኪያዎች ይታያሉ። የ SThM ትንተና ውጤቶች በ ውስጥ ይታያሉ 2 ዎቹ. እዚህ በኤሌክትሪክ የሚሞቁ Gr/MoS2/WSe22 ቻናሎች ካርታ እና እንዲሁም በገጽታ ማሞቂያ ላይ ተመሳሳይነት መኖሩን እናያለን።

ከላይ የተገለጹት የፍተሻ ዘዴዎች, በተለይም SThM, በጥናት ላይ ያለውን መዋቅር, ማለትም ተመሳሳይነት, በሙቀት መጠን, ተመሳሳይነት አረጋግጠዋል. የሚቀጥለው እርምጃ የራማን ስፔክትሮስኮፒን (ማለትም ራማን ስፔክትሮስኮፒ) በመጠቀም የእያንዳንዱን የንብርብር ክፍልን የሙቀት መጠን ማስላት ነበር።

ሶስቱም መሳሪያዎች ተፈትነዋል፣ እያንዳንዳቸው የ~40 µm2 ስፋት አላቸው። በዚህ ሁኔታ, የማሞቂያው ኃይል በ 9 ሜጋ ዋት ተቀይሯል, እና የተቀዳው የሌዘር ኃይል ከ ~ 5 μW በታች ነበር የሌዘር ቦታ ~ 0.5 μm2.

ላፕቶፕ ካለዎት ለምን የማሞቂያ ፓድ: በአቶሚክ ደረጃ የሙቀት መከላከያ ጥናት
ምስል #3

በገበታው ላይ 3a በGr/MoS2/WSe22 heterostructure ውስጥ ያለው የማሞቂያ ሃይል ሲጨምር የእያንዳንዱ ንብርብር እና የሙቀት መጠን መጨመር (∆T) ይታያል።

ለእያንዳንዱ ቁሳቁስ (ንብርብር) የመስመራዊው ተዳፋት በእያንዳንዱ ንብርብር እና በሙቀት ማጠራቀሚያ መካከል ያለውን የሙቀት መከላከያ (Rth=∆T/P) ያመለክታሉ። በአካባቢው ያለውን ተመሳሳይ የማሞቂያ ስርጭት ከተሰጠው የሙቀት መከላከያዎች በቀላሉ ከታች ጀምሮ እስከ ላይኛው ሽፋን ድረስ ሊተነተኑ ይችላሉ, በዚህ ጊዜ እሴቶቻቸው በሰርጡ አካባቢ (WL) የተለመዱ ናቸው.

L እና W የሰርጡ ርዝመት እና ስፋት ናቸው, ይህም ከ SiO2 substrate ውፍረት እና ከጎን ያለው የሙቀት ማሞቂያ ርዝመት ~ 0.1 ማይክሮን ነው.

ስለዚህ ፣ የ Si substrate የሙቀት መከላከያ ቀመርን ማግኘት እንችላለን ፣ እሱም እንደዚህ ይመስላል

Rth, Si ≈ (WL) 1/2 / (2kሲ)

በዚህ ሁኔታ kSi ≈ 90 W m−1 K-1፣ ይህ የእንደዚህ አይነት ከፍተኛ የዶፕ ፕላስተር የሚጠበቀው የሙቀት መቆጣጠሪያ ነው።

በ Rth, WSe2 እና Rth, Si መካከል ያለው ልዩነት የ 2 nm ውፍረት SiO100 የሙቀት መከላከያ ድምር እና የ WSe2/SiO2 በይነገጽ የሙቀት ወሰን መቋቋም (TBR) ነው.

ከላይ ያሉትን ሁሉንም ገጽታዎች አንድ ላይ በማሰባሰብ፣ Rth፣MoS2 - Rth፣Wse2 = TBRMoS2/WSe2፣ እና Rth,Gr - Rth,MoS2 = TBRGr/MoS2 መመስረት እንችላለን። ስለዚህ, ከግራፉ 3a ለእያንዳንዱ የ WSe2/SiO2፣ MoS2/Wse2 እና Gr/MoS2 መገናኛዎች የ TBR ዋጋ ማውጣት ይቻላል።

በመቀጠል የሳይንስ ሊቃውንት በራማን ስፔክትሮስኮፒ እና የሙቀት ማይክሮስኮፒ (thermal microscopy) በመጠቀም የሚለካው የሁሉንም heterostructures አጠቃላይ የሙቀት መከላከያ አወዳድሮ ነበር።3b).

በሲኦ 2 ላይ ያሉት የቢሌየር እና ትሪሌየር ሄትሮስትራክተሮች ከ 220 እስከ 280 ሜ 2 ኪ / ጂ በክፍል ሙቀት ውስጥ ውጤታማ የሙቀት መከላከያ አሳይተዋል ፣ ይህም ከ 2 እስከ 290 nm ውፍረት ካለው የ SiO360 የሙቀት መከላከያ ጋር እኩል ነው። ምንም እንኳን በጥናት ላይ ያሉ የሄትሮስትራክተሮች ውፍረት ከ 2 nm ያልበለጠ ቢሆንም (1d-1f), የሙቀት አማቂነታቸው በክፍል ሙቀት 0.007-0.009 W m-1 K-1 ነው.

ላፕቶፕ ካለዎት ለምን የማሞቂያ ፓድ: በአቶሚክ ደረጃ የሙቀት መከላከያ ጥናት
ምስል #4

ምስል 4 የአራቱንም አወቃቀሮች መለኪያዎችን እና የመገናኛዎቻቸውን የሙቀት ወሰን (ቲቢሲ) መለኪያዎችን ያሳያል, ይህም የእያንዳንዱ ንብርብር ተፅእኖ ቀደም ሲል በተለካው የሙቀት መከላከያ (ቲቢሲ = 1 / TBR) ላይ ለመገምገም ያስችለናል.

ተመራማሪዎቹ ይህ በተለየ ሞኖላይየሮች (2D/2D) መካከል በተለይም በWSe2 እና በሲኦ2 ሞኖላይየሮች መካከል ያለው በአቶሚክ ቅርብ መገናኛዎች የመጀመሪያው የቲቢሲ መለኪያ መሆኑን አስታውሰዋል።

የአንድ ባለ ሞኖላይየር WSe2/SiO2 በይነገጽ TBC ከበርካታ WSe2/SiO2 በይነገጽ ያነሰ ነው፣ ይህም ሞኖላይየር ለስርጭት የቀረቡ የፎኖን ሁነታዎች በጣም ያነሱ ስለሆኑ የሚያስደንቅ አይደለም። በቀላል አነጋገር፣ በ 2D ንብርብሮች መካከል ያለው የ TBC በይነገጽ በ 2D ንብርብር እና በ 3D SiO2 substrate መካከል ካለው TBC ያነሰ ነው (4b).

ከጥናቱ ጥቃቅን ነገሮች ጋር የበለጠ ለመተዋወቅ ፣ እንዲመለከቱ እመክራለሁ ሳይንቲስቶች ሪፖርት አድርገዋል и ተጨማሪ ቁሳቁሶች ለእሱ.

Epilogue

ይህ ምርምር, ሳይንቲስቶች እራሳቸው እንደሚናገሩት, በአቶሚክ የሙቀት መገናኛዎች አተገባበር ላይ ሊተገበር የሚችል እውቀት ይሰጠናል. ይህ ሥራ በተፈጥሮ ውስጥ የማይገኙ ሙቀትን የሚከላከሉ ሜታሜትሮችን የመፍጠር እድል አሳይቷል. በተጨማሪም ጥናቱ የንብርብሮች የአቶሚክ ሚዛን ቢኖረውም እንደነዚህ ያሉ መዋቅሮች ትክክለኛ የሙቀት መለኪያዎችን የማካሄድ እድል አረጋግጧል.

ከላይ የተገለጹት heterostructures ለ ultra-light እና የታመቀ የሙቀት "ጋሻዎች" መሠረት ሊሆኑ ይችላሉ, ለምሳሌ, በኤሌክትሮኒክስ ውስጥ ትኩስ ቦታዎች ላይ ሙቀት ማስወገድ የሚችል. በተጨማሪም, ይህ ቴክኖሎጂ በቴርሞኤሌክትሪክ ማመንጫዎች ወይም በሙቀት መቆጣጠሪያ መሳሪያዎች ውስጥ ጥቅም ላይ ሊውል ይችላል, አፈፃፀማቸውን ይጨምራል.

ይህ ጥናት ዘመናዊ ሳይንስ የፕላኔቷን ውስን ሀብቶች እና የቴክኖሎጂ ፈጠራዎች ፍላጎት ቀጣይነት ያለው እድገትን ከግምት ውስጥ በማስገባት “በቲምብል ውስጥ ቅልጥፍና” በሚለው መርህ ላይ በቁም ነገር እንደሚስብ ያረጋግጣል።

ስለ ትኩረትዎ እናመሰግናለን፣ የማወቅ ጉጉት ይኑርዎት እና ለሁሉም ሰው ጥሩ ሳምንት ይሁን! 🙂

ከእኛ ጋር ስለቆዩ እናመሰግናለን። ጽሑፎቻችንን ይወዳሉ? የበለጠ አስደሳች ይዘት ማየት ይፈልጋሉ? ትእዛዝ በማዘዝ ወይም ለጓደኞች በመምከር ይደግፉን፣ በእኛ ለእርስዎ በፈለሰፈው ልዩ የመግቢያ ደረጃ አገልጋዮች አናሎግ ለሀብር ተጠቃሚዎች 30% ቅናሽ። ስለ VPS (KVM) ሙሉ እውነት E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps ከ$20 ወይንስ እንዴት አገልጋይ መጋራት ይቻላል? (በRAID1 እና RAID10፣ እስከ 24 ኮሮች እና እስከ 40GB DDR4 ድረስ ይገኛል።

ዴል R730xd 2 ጊዜ ርካሽ? እዚህ ብቻ 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 TV ከ$199 በኔዘርላንድስ! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - ከ$99! ስለ አንብብ የመሠረተ ልማት ኮርፖሬሽን እንዴት እንደሚገነባ ክፍል ጋር Dell R730xd E5-2650 v4 አገልጋዮች ዋጋ 9000 አንድ ሳንቲም ዩሮ?

ምንጭ: hab.com

አስተያየት ያክሉ