دنيا جي ڪيترن ئي رانديگرن جن Xbox 360 دور جو تجربو ڪيو آهي ان صورتحال کان تمام گهڻو واقف آهن جڏهن انهن جو ڪنسول هڪ فرائينگ پين ۾ تبديل ٿي ويو جنهن تي اهي انڊا فرائي سگهن ٿا. ساڳي اداس صورتحال نه رڳو راند ڪنسولز سان ٿيندي آهي، پر پڻ فون، ليپ ٽاپ، ٽيبليٽ ۽ گهڻو ڪجهه. اصول ۾، تقريبن ڪنهن به اليڪٽرانڪ ڊوائيس حرارتي جھٽڪو جو تجربو ڪري سگهي ٿو، جيڪو نه رڳو ان جي ناڪامي ۽ ان جي مالڪ جي ناراضگي جي ڪري سگھي ٿو، پر بيٽري جي "خراب بوم" ۽ سخت زخم پڻ. اڄ اسان هڪ اهڙي مطالعي کان واقف ٿينداسين جنهن ۾ اسٽينفورڊ يونيورسٽيءَ جي سائنسدانن ڪمڪس مان نڪ فيوري وانگر هڪ اهڙي شيلڊ ٺاهي آهي جيڪا گرميءَ جي حساس برقي حصن کي وڌيڪ گرم ٿيڻ کان بچائي ٿي ۽ نتيجي طور انهن جي خراب ٿيڻ کان بچائي ٿي. ڪيئن سائنسدانن کي منظم ڪيو هڪ حرارتي ڍال ٺاهي، ان جا مکيه جزا ڇا آهن ۽ ان کي ڪيئن اثرائتو آهي؟ اسان ان بابت ڄاڻون ٿا ۽ وڌيڪ تحقيقاتي گروپ جي رپورٽ مان. وڃ.
تحقيق جو بنياد
گرميء جو مسئلو هڪ تمام ڊگهي وقت تائين معلوم ٿئي ٿو، ۽ سائنسدان ان کي مختلف طريقن سان حل ڪن ٿا. ڪجھ سڀ کان وڌيڪ مشهور آھن گلاس، پلاسٽڪ ۽ حتي ھوا جي تہن جو استعمال، جيڪي حرارتي تابڪاري جي ھڪڙي قسم جي انسولٽر طور ڪم ڪن ٿا. جديد حقيقتن ۾، هن طريقي کي بهتر ڪري سگهجي ٿو حفاظتي پرت جي ٿولهه کي گهٽائي ڪيترن ئي ايٽمن تائين ان جي حرارتي موصليت جي خاصيتن کي وڃائڻ کان سواء. اهو ئي آهي جيڪو محقق ڪيو.
اسان، يقينا، نانو مواد بابت ڳالهائي رهيا آهيون. بهرحال، حرارتي موصليت ۾ انهن جو استعمال اڳ ۾ ئي پيچيده هو ته حقيقت اها آهي ته ٿڌي جي موج جي ڊيگهه (فونون*) اليڪٽران يا فوٽون جي ڀيٽ ۾ تمام ننڍو آهي.
فونون* - هڪ quasiparticle، جيڪو ڪرسٽل ايٽم جي متحرڪ حرڪت جو مقدار آهي.
ان کان علاوه، فونون جي بوسونڪ فطرت جي ڪري، انهن کي وولٽيج ذريعي ڪنٽرول ڪرڻ ناممڪن آهي (جيئن ته چارج ڪيريئرز سان ڪيو ويندو آهي)، جيڪو عام طور تي سولڊز ۾ گرمي جي منتقلي کي ڪنٽرول ڪرڻ ڏکيو بڻائي ٿو.
اڳي، سولڊس جي حرارتي ملڪيت، جيئن محقق اسان کي ياد ڏياريندا آهن، ساخت جي خرابي ۽ اعلي کثافت واري انٽرفيس جي ڪري، يا مضبوط فونون پکڙجڻ جي ڪري سلکان ۽ جرميميم نانوائرز جي ذريعي، نانولامينيٽ فلمن ۽ سپرليٽسس ذريعي ڪنٽرول ڪيا ويا.
مٿي بيان ڪيل ڪيترن ئي حرارتي موصليت جي طريقن ڏانهن، سائنسدان يقين سان تيار آهن ته ٻه طرفي مواد منسوب ڪن، جن جي ٿولهه ڪيترن ئي ائٽمن کان وڌيڪ نه هوندي آهي، جيڪا انهن کي ايٽمي پيماني تي ڪنٽرول ڪرڻ آسان بڻائي ٿي. انهن جي مطالعي ۾ استعمال ڪيو وان ڊير والز (vdW) ايٽمي طور تي ٿلهي 2D پرتن جي اسيمبليءَ کي تمام گهڻي حرارتي مزاحمت حاصل ڪرڻ لاءِ انهن جي heterostructure ۾.
وان ڊير والز فورسز* - 10-20 kJ / mol جي توانائي سان وچولي / بين الاقوامي رابطي واري قوت.
نئين ٽيڪنڪ ان کي 2 nm ٿلهي vdW heterostructure ۾ حرارتي مزاحمت حاصل ڪرڻ ممڪن بڻائي ٿي ان جي مقابلي ۾ 2 nm ٿلهي SiO300 (سلکان ڊاءِ آڪسائيڊ) پرت ۾.
ان کان علاوه، vdW heterostructures جي استعمال ان کي ممڪن بڻائي ڇڏيو آهي ته ايٽمي سطح تي حرارتي ملڪيتن تي ڪنٽرول حاصل ڪرڻ جي ذريعي مختلف ايٽمي ماس کثافت ۽ وائبريشنل موڊس سان heterogeneous XNUMXD monolayers جي ليئرنگ ذريعي.
تنهن ڪري، اچو ته ٻلي جي ڳچيء کي نه ڇڪيون ۽ اچو ته هن شاندار تحقيق جي نتيجن تي غور ڪرڻ شروع ڪريون.
تحقيق جا نتيجا
سڀ کان پهريان، اچو ته هن مطالعي ۾ استعمال ٿيل وي ڊي ڊبليو هيٽرسٽرڪٽرز جي مائڪرو ساختماني ۽ نظرياتي خاصيتن سان واقف ٿيون.
تصوير #1
تصوير ۾ 1a ڏيکاري ٿو هڪ چار-پرت هيٽرو اسٽريچر جو هڪ ڪراس-سيڪشنل آريگرام جنهن تي مشتمل آهي (مٿي کان هيٺ تائين): گرافين (Gr)، MoSe2، MoS2، WSe22 ۽ هڪ SiO2/Si substrate. هڪ ئي وقت سڀني پرتن کي اسڪين ڪرڻ لاءِ، استعمال ڪريو رامان ليزر* 532 nm جي موج جي ڊيگهه سان.
رامان ليزر* - ليزر جو هڪ قسم جنهن ۾ روشني وڌائڻ جو مکيه ميکانيزم رامان اسڪيٽرنگ آهي.
رامان پکيڙڻ, موڙ ۾، هڪ مادي جي ماليڪيولن تي نظرياتي تابڪاري جو غير لچڪدار پکيڙڻ آهي، جيڪو تابڪاري جي تعدد ۾ اهم تبديلي سان گڏ هوندو آهي.
Heterostructures جي microstructural، Thermal and electrical homogeneity جي تصديق ڪرڻ لاءِ ڪيترائي طريقا استعمال ڪيا ويا: اسڪيننگ ٽرانسميشن اليڪٽران مائيڪرو اسڪوپي (STEM)، photoluminescence spectroscopy (PL)، Kelvin probe microscopy (KPM)، اسڪيننگ تھرمل مائڪرو اسڪوپي (SThM)، گڏو گڏ رامان ۽ رامان اسپيڪٽ ٿرماميٽري
تصوير 1b اسان کي ڳاڙهي ڊٽ سان نشان لڳل هنڌ تي SiO2/Si سبسٽرٽ تي Gr/MoSe2/MoS22/WSe2 heterostructure جو رامان اسپيڪٽرم ڏيکاري ٿو. هي پلاٽ پرت جي صف ۾ هر monolayer جي دستخط ڏيکاري ٿو، انهي سان گڏ Si substrate جي دستخط.
تي 1c-1f Gr/MoSe2/MoS2/WSe22 heterostructure جون اونداهي فيلڊ اسٽيم تصويرون ڏيکاريل آهن (1س) ۽ Gr/MoS2/WSe22 heterostructures (1d-1f) مختلف جالن جي رخن سان. STEM تصويرون ڏيکارين ٿيون ايٽمي طور تي وي ڊي ڊبليو خالن کي بغير ڪنهن آلودگي جي، انهن هيٽرسٽرڪٽرز جي مجموعي ٿلهي کي مڪمل طور تي ظاهر ٿيڻ جي اجازت ڏئي ٿي. فوٽوولومينيسينس (PL) اسپيڪٽرو اسڪوپي (پي ايل) استعمال ڪندي وڏي اسڪيننگ علائقن تي انٽرليئر ڪوپلنگ جي موجودگي جي پڻ تصديق ڪئي وئي.1g). هيٽرسٽرڪچر جي اندر انفرادي تہن جو فوٽوولومينسنٽ سگنل خاص طور تي دٻايو ويندو آهي هڪ الڳ ٿيل مونوليئر جي سگنل جي مقابلي ۾. اهو انٽرليئر چارج جي منتقلي جي عمل جي ذريعي بيان ڪيو ويو آهي بند انٽليئر رابطي جي ڪري، جيڪو اينيلنگ کان پوء به مضبوط ٿيندو آهي.
تصوير #2
Heterostructure جي ايٽمي جهازن تي لڳل گرمي جي وهڪري کي ماپڻ لاءِ، تہن جي صف کي چار-تحقيقاتي برقي ڊوائيسز جي شڪل ۾ ترتيب ڏنو ويو. گرافين جي مٿين پرت پيليڊيم (Pd) اليڪٽروڊس کي ڳنڍي ٿي ۽ رامان ٿرماميٽري جي ماپ لاءِ هيٽر طور استعمال ٿئي ٿي.
هي اليڪٽرڪ حرارتي طريقو ان پٽ پاور جي صحيح مقدار کي فراهم ڪري ٿو. هڪ ٻيو ممڪن حرارتي طريقو، آپٽيڪل، انفرادي پرت جي جذب جي گنجائش جي اڻ ڄاڻائي جي ڪري لاڳو ڪرڻ وڌيڪ ڏکيو هوندو.
تي 2a ڏيکاري ٿو چار-تحقيق جي ماپ سرڪٽ، ۽ 2b ڍانچي جي هڪ مٿاهين ڏيک ڏيکاري ٿو آزمائشي. شيڊول 2س ٽن ڊوائيسز لاءِ ماپيل گرمي جي منتقلي جون خاصيتون ڏيکاري ٿو، هڪ ۾ صرف گرافيني ۽ ٻه شامل آهن Gr/WSe22 ۽ Gr/MoSe2/WSe22 پرت واريون. سڀئي مختلف قسمون گرافين جي ايمبيپولر رويي کي ظاهر ڪن ٿيون، جيڪو هڪ بينڊ گپ جي غير موجودگي سان لاڳاپيل آهي.
اهو پڻ معلوم ڪيو ويو آهي ته موجوده وهڪري ۽ گرمائش مٿين پرت (گرافين) ۾ ٿئي ٿي، ڇاڪاڻ ته ان جي برقي چالکائي MoS2 ۽ WSe22 جي ڀيٽ ۾ ڪيترن ئي آرڊر جي شدت کان وڌيڪ آهي.
آزمائشي ڊوائيسز جي هڪجهڙائي کي ظاهر ڪرڻ لاء، ماپ Kelvin probe microscopy (KPM) ۽ اسڪيننگ تھرمل مائڪروسکوپي (SThM) استعمال ڪندي ورتو ويو. چارٽ تي 2d KPM ماپون ڏيکاريل آھن لڪير جي امڪاني تقسيم کي ظاهر ڪندي. SThM تجزيو جا نتيجا ڏيکاريا ويا آھن 2s. هتي اسان برقي طور تي گرم ٿيل Gr/MoS2/WSe22 چينلن جو نقشو ڏسون ٿا، انهي سان گڏ مٿاڇري جي گرمي ۾ هڪجهڙائي جي موجودگي.
مٿي بيان ڪيل اسڪيننگ ٽيڪنڪ، خاص طور تي SThM، مطالعي هيٺ ڏنل ڍانچي جي هڪجهڙائي جي تصديق ڪئي، يعني ان جي هڪجهڙائي، درجه حرارت جي لحاظ کان. اڳيون قدم رامن اسپيڪٽرو اسڪوپي (يعني، رامن اسپيڪٽرو اسڪوپي) استعمال ڪندي هر جزو جي پرت جي درجه حرارت جو اندازو لڳائڻ هو.
سڀئي ٽي ڊوائيس آزمايا ويا، هر هڪ جي علائقي سان ~ 40 µm2. ھن حالت ۾، ھيٽر پاور 9 ميگاواٽ تبديل ٿي ويو، ۽ جذب ٿيل ليزر پاور ~ 5 μm0.5 جي ليزر اسپاٽ ايريا سان ~ 2 μW کان گھٽ ھئي.
تصوير #3
چارٽ تي 3a گرمي پد ۾ اضافو (∆T) هر پرت ۽ سبسٽرٽ جي Gr/MoS2/WSe22 heterostructure ۾ هيٽر پاور جي طور تي ظاهر ٿئي ٿو.
ھر مادي (پرت) لاءِ لڪير جي ڪم جون سلپون انفرادي پرت ۽ گرمي سنڪ جي وچ ۾ حرارتي مزاحمت (Rth=∆T/P) کي ظاهر ڪن ٿيون. علائقي تي گرميءَ جي يونيفارم ورڇ جي ڪري، حرارتي مزاحمتن کي آسانيءَ سان هيٺئين کان مٿئين پرت تائين تجزيو ڪري سگهجي ٿو، جنهن دوران انهن جي قدرن کي چينل ايريا (WL) ذريعي معمول بڻايو وڃي ٿو.
L ۽ W چينل جي ڊگھائي ۽ ويڪر آھن، جيڪي SiO2 سبسٽرٽ جي ٿلهي ۽ پسماندگيءَ واري حرارتي لمبائي کان تمام گھڻيون آھن، جيڪا ~ 0.1 μm آھي.
تنهن ڪري، اسان Si substrate جي حرارتي مزاحمت لاء فارمولا حاصل ڪري سگهون ٿا، جيڪو هن طرح نظر ايندو:
آرٿ، سي ≈ (WL)1/2 / (2kسي)
هن صورتحال ۾ kSi ≈ 90 W m−1 K−1، جيڪو اهڙي انتهائي ڊاپڊ سبسٽريٽ جي متوقع حرارتي چالکائي آهي.
Rth,WSe2 ۽ Rth,Si جي وچ ۾ فرق 2 nm ٿلهي SiO100 جي حرارتي مزاحمت ۽ WSe2/SiO2 انٽرفيس جي حرارتي حد جي مزاحمت (TBR) جو مجموعو آهي.
مٿين سڀني پهلوئن کي گڏ ڪرڻ سان، اسان اهو قائم ڪري سگهون ٿا ته Rth,MoS2 - Rth,WSe2 = TBRMoS2/WSe2، ۽ Rth،Gr - Rth،MoS2 = TBRGr/MoS2. تنهن ڪري، گراف مان 3a اهو ممڪن آهي ته هر هڪ WSe2/SiO2، MoS2/WSe2 ۽ Gr/MoS2 انٽرفيس لاءِ TBR قدر ڪڍي سگهجي.
اڳيون، سائنسدانن سڀني heterostructures جي ڪل حرارتي مزاحمت جو مقابلو ڪيو، رامان اسپيڪٽروڪوپي ۽ تھرمل مائڪرو اسڪوپي (3b).
Bilayer ۽ Trilayer heterostructures SiO2 تي 220 کان 280 m2 K/GW جي رينج ۾ ڪمري جي گرمي پد تي اثرائتي حرارتي مزاحمت جي نمائش ڪئي، جيڪا SiO2 جي حرارتي مزاحمت جي برابر آھي 290 کان 360 nm جي ٿلهي سان. ان حقيقت جي باوجود ته مطالعي هيٺ heterostructures جي ٿولهه 2 nm کان وڌيڪ نه آهي (1d-1f)، انهن جي حرارتي چالکائي 0.007-0.009 W m−1 K−1 ڪمري جي حرارت تي آهي.
تصوير #4
تصوير 4 سڀني چئن ساختن جي ماپ ۽ انهن جي انٽرفيس جي حرارتي حد جي چالڪيت (TBC) کي ڏيکاري ٿو، جيڪا اسان کي اڳ ۾ ماپيل حرارتي مزاحمت (TBC = 1 / TBR) تي هر پرت جي اثر جي درجي جو اندازو لڳائڻ جي اجازت ڏئي ٿي.
محقق نوٽ ڪن ٿا ته هي پهريون ڀيرو ٽي بي سي ماپ آهي جيڪو ايٽمي طور تي ويجھو انٽرفيس جي وچ ۾ الڳ الڳ monolayers (2D/2D)، خاص طور تي WSe2 ۽ SiO2 monolayers جي وچ ۾.
هڪ monolayer WSe2/SiO2 انٽرفيس جي TBC هڪ multilayer WSe2/SiO2 انٽرفيس کان گهٽ آهي، جيڪا حيرت جي ڳالهه ناهي ڇو ته monolayer وٽ خاص طور تي گهٽ موڙيندڙ فونون موڊس ٽرانسميشن لاءِ موجود آهن. آسان لفظ ۾، 2D پرت جي وچ ۾ انٽرفيس جي TBC 2D پرت ۽ 3D SiO2 سبسٽرٽ جي وچ ۾ انٽرفيس جي TBC کان گھٽ آھي (4b).
مطالعي جي nuances سان وڌيڪ تفصيلي واقفيت لاء، مون کي ڏسڻ جي صلاح и هن ڏانهن.
چرچا
هي تحقيق، جيئن سائنسدان پاڻ دعويٰ ڪن ٿا، اسان کي اها ڄاڻ ڏئي ٿي جيڪا ايٽمي حرارتي انٽرفيس جي عمل ۾ لاڳو ٿي سگهي ٿي. هن ڪم کي گرمي-انسوليٽنگ ميٽاميٽريز ٺاهڻ جو امڪان ظاهر ڪيو جن جا خاصيتون فطرت ۾ نه مليا آهن. ان کان علاوه، اڀياس پڻ تصديق ڪئي آهي ته اهڙين ساختن جي صحيح درجه حرارت جي ماپ کي کڻڻ جي امڪان جي باوجود، تہن جي ايٽمي پيماني جي باوجود.
مٿي بيان ڪيل heterostructures الٽرا لائيٽ ۽ ڪمپيڪٽ تھرمل ”شيلڊز“ جو بنياد بڻجي سگھي ٿو، مثال طور، اليڪٽرانڪس ۾ گرم هنڌن تان گرميءَ کي ختم ڪرڻ جي قابل. ان کان سواء، هي ٽيڪنالاجي thermoelectric جنريٽر يا حرارتي ڪنٽرول ڊوائيسز ۾ استعمال ڪري سگهجي ٿو، انهن جي ڪارڪردگي وڌائي.
اهو مطالعو هڪ ڀيرو ٻيهر تصديق ڪري ٿو ته جديد سائنس "ٿمبل ۾ ڪارڪردگي" جي اصول ۾ سنجيدگي سان دلچسپي رکي ٿي، جنهن کي هڪ بيوقوف خيال نه ٿو چئي سگهجي، سيارو جي محدود وسيلن ۽ هر قسم جي ٽيڪنالاجي جدت جي طلب ۾ مسلسل واڌ جي ڪري.
پڙهڻ لاءِ مهرباني، تجسس رهو ۽ سٺو هفتو دوستو! 🙂
اسان سان گڏ رهڻ لاء توهان جي مهرباني. ڇا توهان اسان جا مضمون پسند ڪندا آهيو؟ وڌيڪ دلچسپ مواد ڏسڻ چاهيو ٿا؟ آرڊر ڏيڻ يا دوستن کي سفارش ڪندي اسان جي مدد ڪريو، 30% رعايت Habr استعمال ڪندڙن لاءِ انٽري ليول سرورز جي هڪ منفرد اينالاگ تي، جيڪا اسان توهان لاءِ ايجاد ڪئي هئي: (RAID1 ۽ RAID10 سان دستياب آهي، 24 ڪور تائين ۽ 40GB DDR4 تائين).
ڊيل R730xd 2 ڀيرا سستا؟ صرف هتي هالينڊ ۾! ڊيل R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - $99 کان! جي باري ۾ پڙهو
جو ذريعو: www.habr.com