Tha mòran de luchd-gamers air feadh an t-saoghail a fhuair eòlas air àm Xbox 360 gu math eòlach air an t-suidheachadh nuair a thionndaidh an consol aca gu bhith na phras-fhrithealaidh air am b’ urrainn dhaibh uighean a frioladh. Tha suidheachadh brònach coltach ris a’ tachairt chan ann a-mhàin le consolaidhean geama, ach cuideachd le fònaichean, coimpiutairean-uchd, clàran agus mòran a bharrachd. Ann am prionnsapal, faodaidh cha mhòr inneal dealanach sam bith eòlas fhaighinn air clisgeadh teirmeach, a dh’ fhaodadh leantainn chan ann a-mhàin gu fàilligeadh agus troimh-chèile an neach-seilbh aige, ach cuideachd gu “droch spionnadh” bataraidh agus droch leòn. An-diugh gheibh sinn eòlas air sgrùdadh anns a bheil luchd-saidheans bho Oilthigh Stanford, mar Nick Fury bho na comaigean, air sgiath a chruthachadh a dhìonas pàirtean dealanach a tha mothachail air teas bho bhith a’ teasachadh cus agus, mar thoradh air sin, a chuireas casg air briseadh sìos. Ciamar a chaidh aig luchd-saidheans air sgiath teirmeach a chruthachadh, dè na prìomh phàirtean a th 'ann agus dè cho èifeachdach' sa tha e? Bidh sinn ag ionnsachadh mu dheidhinn seo agus barrachd bho aithisg na buidhne rannsachaidh. Rachaibh.
Bunait rannsachaidh
Tha an duilgheadas a thaobh cus teasachadh air a bhith aithnichte airson ùine mhòr, agus tha luchd-saidheans ga fhuasgladh ann an grunn dhòighean. Is e cuid den fheadhainn as mòr-chòrdte cleachdadh glainne, plastaig agus eadhon sreathan èadhair, a tha nan seòrsa de insuladairean rèididheachd teirmeach. Ann an da-rìribh an latha an-diugh, faodar an dòigh seo a leasachadh le bhith a’ lughdachadh tiugh an t-sreath dìon gu grunn dadaman gun a bhith a’ call a feartan insulation teirmeach. Sin dìreach a rinn an luchd-rannsachaidh.
Tha sinn, gu dearbh, a’ bruidhinn air nano-stuthan. Ach, bha an cleachdadh ann an insulation teirmeach air a bhith iom-fhillte roimhe seo leis gu robh an tonn de fhuaradairean (fònaichean*) gu math nas giorra na dealanan no photons.
Fonn* - quasiparticle, a tha na chuantum de ghluasad crithteach dadaman criostail.
A bharrachd air an sin, air sgàth nàdar bosonic fònaichean, tha e do-dhèanta smachd a chumail orra le bholtadh (mar a tha air a dhèanamh le luchd-giùlan cosgais), a tha mar as trice ga dhèanamh duilich smachd a chumail air gluasad teas ann an solidan.
Roimhe sin, bha feartan teirmeach solidan, mar a bhios luchd-rannsachaidh a’ cur nar cuimhne, air an smachdachadh tro fhilmichean nanolaminate agus superlattices mar thoradh air eas-òrdugh structarail agus eadar-aghaidh dùmhlachd àrd, no tro nanowires silicon agus germanium mar thoradh air sgapadh làidir phonon.
A rèir grunn de na dòighean insulation teirmeach a tha air am mìneachadh gu h-àrd, tha luchd-saidheans le misneachd deiseil gus stuthan dà-mheudach a chomharrachadh, nach eil an tighead aca nas àirde na grunn dadaman, a tha gan dèanamh furasta smachd a chumail air sgèile atamach. Anns an sgrùdadh aca chleachd iad van der Waals (vdW) de shreathan 2D tana atamach gus neart teirmeach fìor àrd a choileanadh air feadh an heterostructure aca.
Feachdan Van der Waals* - feachdan eadar-obrachaidh intermolecular / eadar-atomaigeach le lùth 10-20 kJ / mol.
Rinn an dòigh-obrach ùr e comasach seasamh an aghaidh teirmeach fhaighinn ann an heterostructure vdW tiugh 2 nm coltach ris an fhear ann an còmhdach SiO2 (silicon dà-ogsaid) 300 nm de thighead.
A bharrachd air an sin, tha cleachdadh heterostructures vdW air a dhèanamh comasach smachd fhaighinn air feartan teirmeach aig an ìre atamach tro bhith a’ còmhdach monolayers heterogeneous XNUMXD le dùmhlachd tomad atamach eadar-dhealaichte agus modhan crathaidh.
Mar sin, na tarraing sinn whiskers a’ chait agus tòisichidh sinn a’ beachdachadh air toraidhean an rannsachaidh iongantach seo.
Toraidhean rannsachaidh
An toiseach, leig dhuinn eòlas fhaighinn air feartan microstructural agus optigeach nan heterostructures vdW a chaidh a chleachdadh san sgrùdadh seo.
Ìomhaigh #1
Air an dealbh 1 a’ sealltainn diagram tar-roinneil de heterostructure ceithir-fhilleadh air a dhèanamh suas de (bho mhullach gu bonn): graphene (Gr), MoSe2, MoS2, WSe22 agus substrate SiO2/Si. Gus a h-uile sreathan a sganadh aig an aon àm, cleachd leusair Raman* le tonn-tonn de 532 nm.
leusair Raman* - seòrsa de leusair anns a bheil am prìomh dhòigh airson leudachadh solais a’ sgapadh Raman.
Raman a 'sgapadhIs e sin, an uair sin, sgapadh neo-sheasmhach de rèididheachd optigeach air moileciuilean stuth, a tha an cois atharrachadh mòr ann am tricead an rèididheachd.
Chaidh grunn dhòighean a chleachdadh gus co-sheòrsachd meanbh-structarail, teirmeach agus dealain heterostructures a dhearbhadh: a’ sganadh microscopy dealanach tar-chuir (STEM), speactroscopaidh photoluminescence (PL), microscopy probe Kelvin (KPM), sganadh microscopy teirmeach (SThM), a bharrachd air speactroscopaidh Raman agus teirmimeatraidh.
Ìomhaigh Ìomhaigh 1b a’ sealltainn dhuinn an speactram Raman de heterostructure Gr/MoSe2/MoS2/WSe22 air substrate SiO2/Si aig an àite air a chomharrachadh le dot dearg. Tha an cuilbheart seo a’ sealltainn ainm-sgrìobhte gach monolayer anns an raon còmhdach, a bharrachd air ainm-sgrìobhte an substrate Si.
air a ' 1c-1f tha ìomhaighean STEM raon dorcha den heterostructure Gr/MoSe2/MoS2/WSe22 air an sealltainn (1c) agus heterostructures Gr/MoS2/WSe22 (1d-1f) le diofar stiùiridhean lattice. Tha ìomhaighean STEM a’ sealltainn beàrnan vdW dùinte gu h-atamach gun truailleadh sam bith, a’ leigeil le tiugh iomlan nan heterostructures sin a bhith làn fhaicsinneach. Chaidh làthaireachd ceangal eadar-fhilleadh a dhearbhadh cuideachd thairis air raointean sganaidh mòra a’ cleachdadh speactroscopaidh photoluminescence (PL).1g). Tha an comharra photoluminescent de shreathan fa leth taobh a-staigh an heterostructure air a chumail fodha gu mòr an taca ri comharra monolayer iomallach. Tha seo air a mhìneachadh leis a’ phròiseas de ghluasad cosgais interlayer mar thoradh air eadar-obrachadh dlùth eadar-fhilleadh, a dh’ fhàsas eadhon nas làidire às deidh an annealing.
Ìomhaigh #2
Gus an sruth teas a thomhas gu ceart-cheàrnach ri plèanaichean atamach an heterostructure, chaidh an sreath de shreathan a structaradh ann an cruth innealan dealain ceithir-sgrùdaidh. Bidh an ìre as àirde de graphene a’ conaltradh ri dealanan palladium (Pd) agus air a chleachdadh mar teasadair airson tomhais teirmimeatraidh Raman.
Tha an dòigh teasachaidh dealain seo a’ toirt seachad tomhas mionaideach de chumhachd cuir a-steach. Bhiodh dòigh teasachaidh eile a dh’ fhaodadh a bhith ann, optigeach, na bu duilghe a chuir an gnìomh air sgàth aineolais mu cho-èifeachdan in-ghabhail sreathan fa leth.
air a ' 2 a’ sealltainn cuairt tomhais ceithir-probe, agus 2b a’ sealltainn sealladh gu h-àrd den structar a thathar a’ dèanamh deuchainn. Clàr-ama 2c a’ sealltainn feartan gluasad teas tomhaiste airson trì innealan, aon anns nach eil ach graphene agus dhà anns a bheil arrays còmhdach Gr/WSe22 agus Gr/MoSe2/WSe22. Tha a h-uile caochladair a’ nochdadh giùlan ambipolar de graphene, a tha co-cheangailte ri dìth beàrn còmhlan.
Chaidh a lorg cuideachd gu bheil giùlan agus teasachadh gnàthach a’ nochdadh anns an t-sreath àrd (graphene), leis gu bheil an giùlan dealain aige grunn òrdughan meud nas àirde na an fheadhainn aig MoS2 agus WSe22.
Gus co-sheòrsachd nan innealan a chaidh a dhearbhadh a dhearbhadh, chaidh tomhasan a dhèanamh a’ cleachdadh microscopy probe Kelvin (KPM) agus sganadh microscopy teirmeach (SThM). Air a' chairt 2d Tha tomhais KPM air an taisbeanadh a’ nochdadh an cuairteachadh sreathach a dh’fhaodadh a bhith ann. Tha toraidhean an anailis STthM air an sealltainn ann an 2e. An seo chì sinn mapa de shianalan Gr/MoS2/WSe22 air an teasachadh le dealan, a bharrachd air làthaireachd èideadh ann an teasachadh uachdar.
Dhaingnich na dòighean sganaidh a tha air am mìneachadh gu h-àrd, gu sònraichte SThM, co-sheòrsachd an structair a bha fo sgrùdadh, is e sin, an aon-ghnè, a thaobh teòthachd. B ’e an ath cheum teòthachd gach aon de na sreathan co-roinneil a thomhas a’ cleachdadh speactroscopaidh Raman (ie, speactroscopaidh Raman).
Chaidh na trì innealan a dhearbhadh, gach fear le farsaingeachd de ~ 40 µm2. Anns a 'chùis seo, dh'atharraich cumhachd an teasadair le 9 mW, agus bha an cumhachd laser a chaidh a ghabhail a-steach nas ìsle na ~ 5 μW le raon spot laser de ~ 0.5 μm2.
Ìomhaigh #3
Air a' chairt 3 tha àrdachadh ann an teòthachd (∆T) de gach còmhdach agus substrate ri fhaicinn mar a tha cumhachd an teasadair anns an heterostructure Gr/MoS2/WSe22 ag àrdachadh.
Tha leòidean na gnìomh sreathach airson gach stuth (còmhdach) a’ comharrachadh an aghaidh teirmeach (Rth = ∆T / P) eadar an còmhdach fa leth agus an sinc teas. Leis gu bheil cuairteachadh èideadh teas thairis air an sgìre, faodar an aghaidh teirmeach a sgrùdadh gu furasta bhon bhonn gu ìre àrd, nuair a tha na luachan aca air an gnàthachadh le raon an t-seanail (WL).
Is e L agus W fad agus leud an t-seanail, a tha gu math nas motha na tiugh an t-substrate SiO2 agus an fhad teasachaidh teirmeach taobhach, a tha ~ 0.1 μm.
Mar sin, is urrainn dhuinn am foirmle fhaighinn airson an aghaidh teirmeach an t-substrate Si, a choimheadas mar seo:
Rth, Si ≈ (WL) 1/2 / (2kSi)
Anns an t-suidheachadh seo kSi ≈ 90 W m−1 K−1, is e sin an giùlan teirmeach ris a bheil dùil aig substrate cho mòr dop.
Is e an eadar-dhealachadh eadar Rth, WSe2 agus Rth, Si suim an aghaidh teirmeach 2 nm SiO100 tiugh agus an aghaidh crìoch teirmeach (TBR) den eadar-aghaidh WSe2 / SiO2.
A’ cur a h-uile taobh gu h-àrd ri chèile, is urrainn dhuinn dearbhadh gu bheil Rth, MoS2 − Rth, WSe2 = TBRMoS2/WSe2, agus Rth, Gr − Rth, MoS2 = TBRGr/MoS2. Mar sin, bhon ghraf 3 tha e comasach an luach TBR a thoirt a-mach airson gach aon de na h-eadar-aghaidh WSe2/SiO2, MoS2/WSe2 agus Gr/MoS2.
An uairsin, rinn an luchd-saidheans coimeas eadar an aghaidh teirmeach iomlan gach heterostructures, air a thomhas le bhith a’ cleachdadh speactroscopaidh Raman agus microscopy teirmeach (3b).
Sheall heterostructures bilayer agus trilayer air SiO2 an aghaidh teirmeach èifeachdach anns an raon de 220 gu 280 m2 K / GW aig teòthachd an t-seòmair, a tha co-ionann ri strì teirmeach SiO2 le tiugh de 290 gu 360 nm. A dh 'aindeoin nach eil tiugh nan heterostructures fo sgrùdadh nas àirde na 2 nm (1d-1f), is e an giùlan teirmeach aca 0.007-0.009 W m−1 K−1 aig teòthachd an t-seòmair.
Ìomhaigh #4
Tha Ìomhaigh 4 a’ sealltainn tomhais nan ceithir structaran agus an giùlan crìche teirmeach (TBC) den eadar-aghaidh aca, a leigeas leinn measadh a dhèanamh air ìre buaidh gach còmhdach air an aghaidh teirmeach a chaidh a thomhas roimhe (TBC = 1 / TBR).
Tha an luchd-rannsachaidh a’ toirt fa-near gur e seo a’ chiad tomhas TBC a-riamh airson eadar-aghaidh dlùth atamach eadar monolayers fa leth (2D / 2D), gu sònraichte eadar monolayers WSe2 agus SiO2.
Tha an TBC de eadar-aghaidh monolayer WSe2 / SiO2 nas ìsle na an eadar-aghaidh multilayer WSe2 / SiO2, rud nach eil na iongnadh leis gu bheil mòran nas lugha de mhodhan phonon lùbte aig an monolayer rim faighinn airson an sgaoileadh. Gu sìmplidh, tha TBC an eadar-aghaidh eadar sreathan 2D nas ìsle na TBC an eadar-aghaidh eadar an còmhdach 2D agus an substrate 3D SiO2 (4b).
Airson eòlas nas mionaidiche air nuances an sgrùdaidh, tha mi a’ moladh coimhead air и dha.
Epilogue
Tha an rannsachadh seo, mar a tha an luchd-saidheans fhèin ag ràdh, a 'toirt dhuinn eòlas a dh'fhaodar a chleachdadh ann a bhith a' cur an gnìomh eadar-aghaidh teirmeach atamach. Sheall an obair seo comasachd stuthan meata-insulation teas a chruthachadh nach eil na feartan aca rim faighinn ann an nàdar. A bharrachd air an sin, dhearbh an sgrùdadh cuideachd gu robh e comasach tomhas teòthachd mionaideach a dhèanamh air na structaran sin, a dh’ aindeoin sgèile atamach nan sreathan.
Faodaidh na heterostructures a tha air am mìneachadh gu h-àrd a bhith nam bunait airson “sgiathan” ultra-aotrom agus teann teirmeach, comasach, mar eisimpleir, teas a thoirt air falbh bho àiteachan teth ann an electronics. A bharrachd air an sin, faodar an teicneòlas seo a chleachdadh ann an gineadairean thermoelectric no innealan fo smachd teirmeach, ag àrdachadh an coileanadh.
Tha an sgrùdadh seo a-rithist a’ dearbhadh gu bheil ùidh mhòr aig saidheans an latha an-diugh anns a’ phrionnsapal de “èifeachdas ann am mèirleach,” nach gabh a ràdh gur e beachd gòrach a th’ ann, leis cho cuingealaichte sa tha goireasan a’ phlanaid agus mar a tha iarrtas airson gach seòrsa innleachdas teicneòlach a’ fàs.
Tapadh leibh airson an leughadh, fuirich fiosrach agus bi seachdain air leth math a ghillean! 🙂
Tapadh leibh airson fuireach còmhla rinn. An toil leat na h-artaigilean againn? A bheil thu airson susbaint nas inntinniche fhaicinn? Thoir taic dhuinn le bhith a’ cur òrdugh no a’ moladh do charaidean, Lasachadh de 30% airson luchd-cleachdaidh Habr air analog sònraichte de luchd-frithealaidh ìre inntrigidh, a chaidh a chruthachadh leinn dhut: (ri fhaighinn le RAID1 agus RAID10, suas ri 24 cores agus suas ri 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 uair nas saoire? A-mhàin an seo anns an Òlaind! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - bho $99! Leugh mu dheidhinn
Source: www.habr.com