Xbox 360 యుగాన్ని అనుభవించిన ప్రపంచవ్యాప్తంగా చాలా మంది గేమర్లకు వారి కన్సోల్ గుడ్లు వేయించడానికి పాన్గా మారినప్పుడు పరిస్థితి గురించి బాగా తెలుసు. ఇలాంటి విచారకరమైన పరిస్థితి గేమ్ కన్సోల్లతో మాత్రమే కాకుండా, ఫోన్లు, ల్యాప్టాప్లు, టాబ్లెట్లు మరియు మరెన్నో. సూత్రప్రాయంగా, దాదాపు ఏదైనా ఎలక్ట్రానిక్ పరికరం థర్మల్ షాక్ను అనుభవించగలదు, ఇది దాని వైఫల్యానికి మరియు దాని యజమాని యొక్క కలతకి మాత్రమే కాకుండా, బ్యాటరీ యొక్క "చెడు బూమ్" మరియు తీవ్రమైన గాయానికి కూడా దారితీస్తుంది. కామిక్స్ నుండి నిక్ ఫ్యూరీ వంటి స్టాన్ఫోర్డ్ విశ్వవిద్యాలయ శాస్త్రవేత్తలు వేడి-సెన్సిటివ్ ఎలక్ట్రానిక్ భాగాలను వేడెక్కకుండా రక్షించే ఒక షీల్డ్ను సృష్టించారు మరియు ఫలితంగా, వాటి విచ్ఛిన్నతను నిరోధించే ఒక అధ్యయనంతో ఈ రోజు మనం పరిచయం పొందుతాము. శాస్త్రవేత్తలు థర్మల్ షీల్డ్ను ఎలా సృష్టించగలిగారు, దాని ప్రధాన భాగాలు ఏమిటి మరియు ఇది ఎంత ప్రభావవంతంగా ఉంటుంది? మేము దీని గురించి మరియు పరిశోధనా బృందం యొక్క నివేదిక నుండి మరింత తెలుసుకుంటాము. వెళ్ళండి.
పరిశోధన ఆధారం
వేడెక్కడం సమస్య చాలా కాలంగా తెలుసు, మరియు శాస్త్రవేత్తలు దీనిని వివిధ మార్గాల్లో పరిష్కరిస్తారు. థర్మల్ రేడియేషన్ యొక్క ఒక రకమైన ఇన్సులేటర్లుగా పనిచేసే గాజు, ప్లాస్టిక్ మరియు గాలి పొరలను కూడా ఉపయోగించడం అత్యంత ప్రజాదరణ పొందిన వాటిలో కొన్ని. ఆధునిక వాస్తవాలలో, రక్షిత పొర యొక్క మందాన్ని దాని థర్మల్ ఇన్సులేషన్ లక్షణాలను కోల్పోకుండా అనేక అణువులకు తగ్గించడం ద్వారా ఈ పద్ధతిని మెరుగుపరచవచ్చు. పరిశోధకులు చేసినది సరిగ్గా అదే.
మేము సహజంగానే, సూక్ష్మ పదార్ధాల గురించి మాట్లాడుతున్నాము. అయినప్పటికీ, శీతలకరణి యొక్క తరంగదైర్ఘ్యం కారణంగా థర్మల్ ఇన్సులేషన్లో వాటి ఉపయోగం గతంలో సంక్లిష్టంగా ఉండేది (ఫోనాన్లు*) ఎలక్ట్రాన్లు లేదా ఫోటాన్ల కంటే చాలా తక్కువగా ఉంటుంది.
ఫోనాన్* - ఒక క్వాసిపార్టికల్, ఇది క్రిస్టల్ అణువుల కంపన కదలిక యొక్క క్వాంటం.
అదనంగా, ఫోనాన్ల యొక్క బోసోనిక్ స్వభావం కారణంగా, వాటిని వోల్టేజ్ ద్వారా నియంత్రించడం అసాధ్యం (ఛార్జ్ క్యారియర్లతో చేసినట్లుగా), ఇది సాధారణంగా ఘనపదార్థాలలో ఉష్ణ బదిలీని నియంత్రించడం కష్టతరం చేస్తుంది.
ఇంతకుముందు, ఘనపదార్థాల యొక్క ఉష్ణ లక్షణాలు, పరిశోధకులు మనకు గుర్తుచేస్తున్నట్లుగా, నిర్మాణ రుగ్మత మరియు అధిక సాంద్రత కలిగిన ఇంటర్ఫేస్ల కారణంగా నానోలమినేట్ ఫిల్మ్లు మరియు సూపర్లాటిస్ల ద్వారా లేదా బలమైన ఫోనాన్ వికీర్ణం కారణంగా సిలికాన్ మరియు జెర్మేనియం నానోవైర్ల ద్వారా నియంత్రించబడతాయి.
పైన వివరించిన అనేక థర్మల్ ఇన్సులేషన్ పద్ధతులకు, శాస్త్రవేత్తలు రెండు డైమెన్షనల్ పదార్థాలను ఆపాదించడానికి నమ్మకంగా సిద్ధంగా ఉన్నారు, దీని మందం అనేక అణువులను మించదు, ఇది పరమాణు స్థాయిలో నియంత్రించడాన్ని సులభతరం చేస్తుంది. వారి అధ్యయనంలో వారు ఉపయోగించారు వాన్ డెర్ వాల్స్ (vdW) పరమాణుపరంగా పలుచని 2D పొరల అసెంబ్లీ, వాటి హెటెరోస్ట్రక్చర్ అంతటా చాలా ఎక్కువ ఉష్ణ నిరోధకతను సాధించడానికి.
వాన్ డెర్ వాల్స్ దళాలు* - 10-20 kJ/mol శక్తితో ఇంటర్మోలిక్యులర్/ఇంటర్టామిక్ ఇంటరాక్షన్ ఫోర్స్.
కొత్త సాంకేతికత 2 nm మందపాటి SiO2 (సిలికాన్ డయాక్సైడ్) పొరతో పోల్చదగిన 300 nm మందపాటి vdW హెటెరోస్ట్రక్చర్లో ఉష్ణ నిరోధకతను పొందడం సాధ్యం చేసింది.
అదనంగా, vdW హెటెరోస్ట్రక్చర్ల ఉపయోగం వివిధ పరమాణు ద్రవ్యరాశి సాంద్రతలు మరియు వైబ్రేషనల్ మోడ్లతో భిన్నమైన XNUMXD మోనోలేయర్ల పొరల ద్వారా పరమాణు స్థాయిలో ఉష్ణ లక్షణాలపై నియంత్రణను పొందడం సాధ్యం చేసింది.
కాబట్టి, పిల్లి మీసాలు లాగవద్దు మరియు ఈ అద్భుతమైన పరిశోధన ఫలితాలను పరిగణనలోకి తీసుకోవడం ప్రారంభిద్దాం.
పరిశోధన ఫలితాలు
అన్నింటిలో మొదటిది, ఈ అధ్యయనంలో ఉపయోగించిన vdW హెటెరోస్ట్రక్చర్ల యొక్క మైక్రోస్ట్రక్చరల్ మరియు ఆప్టికల్ లక్షణాలతో మనం పరిచయం చేసుకుందాం.
చిత్రం #1
చిత్రంలో 1a గ్రాఫేన్ (Gr), MoSe2, MoS2, WSe22 మరియు SiO2/Si సబ్స్ట్రేట్ (పై నుండి క్రిందికి) కలిగి ఉన్న నాలుగు-పొరల హెటెరోస్ట్రక్చర్ యొక్క క్రాస్-సెక్షనల్ రేఖాచిత్రాన్ని చూపుతుంది. అన్ని లేయర్లను ఏకకాలంలో స్కాన్ చేయడానికి, ఉపయోగించండి రామన్ లేజర్* 532 nm తరంగదైర్ఘ్యంతో.
రామన్ లేజర్* - ఒక రకమైన లేజర్, దీనిలో కాంతి విస్తరణ యొక్క ప్రధాన విధానం రామన్ స్కాటరింగ్.
రామన్ చెదరగొట్టడం, క్రమంగా, ఒక పదార్ధం యొక్క అణువులపై ఆప్టికల్ రేడియేషన్ యొక్క అస్థిర స్కాటరింగ్, ఇది రేడియేషన్ యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీలో గణనీయమైన మార్పుతో కూడి ఉంటుంది.
హెటెరోస్ట్రక్చర్ల యొక్క మైక్రోస్ట్రక్చరల్, థర్మల్ మరియు ఎలక్ట్రికల్ సజాతీయతను నిర్ధారించడానికి అనేక పద్ధతులు ఉపయోగించబడ్డాయి: స్కానింగ్ ట్రాన్స్మిషన్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ (STEM), ఫోటోల్యూమినిసెన్స్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ (PL), కెల్విన్ ప్రోబ్ మైక్రోస్కోపీ (KPM), స్కానింగ్ థర్మల్ మైక్రోస్కోపీ (SThM), అలాగే రామన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ. థర్మామెట్రీ
చిత్రం చిత్రం 1b ఎరుపు బిందువుతో గుర్తించబడిన ప్రదేశంలో SiO2/Si సబ్స్ట్రేట్పై Gr/MoSe2/MoS22/WSe2 హెటెరోస్ట్రక్చర్ యొక్క రామన్ స్పెక్ట్రమ్ను చూపుతుంది. ఈ ప్లాట్ లేయర్ శ్రేణిలోని ప్రతి మోనోలేయర్ సంతకాన్ని, అలాగే Si సబ్స్ట్రేట్ సంతకాన్ని చూపుతుంది.
ఆఫ్ 1c-1f Gr/MoSe2/MoS2/WSe22 హెటెరోస్ట్రక్చర్ యొక్క డార్క్-ఫీల్డ్ STEM చిత్రాలు చూపబడ్డాయి (1s) మరియు Gr/MoS2/WSe22 హెటెరోస్ట్రక్చర్లు (1d-1f) వివిధ జాలక ధోరణులతో. STEM చిత్రాలు ఎటువంటి కాలుష్యం లేకుండా పరమాణుపరంగా దగ్గరగా ఉన్న vdW ఖాళీలను చూపుతాయి, ఈ హెటెరోస్ట్రక్చర్ల మొత్తం మందం పూర్తిగా కనిపించేలా చేస్తుంది. ఫోటోల్యూమినిసెన్స్ (PL) స్పెక్ట్రోస్కోపీని ఉపయోగించి పెద్ద స్కానింగ్ ప్రాంతాలలో ఇంటర్లేయర్ కప్లింగ్ ఉనికిని నిర్ధారించారు (1g) వివిక్త మోనోలేయర్ యొక్క సిగ్నల్తో పోలిస్తే హెటెరోస్ట్రక్చర్ లోపల వ్యక్తిగత పొరల ఫోటోల్యూమినిసెంట్ సిగ్నల్ గణనీయంగా అణచివేయబడుతుంది. క్లోజ్ ఇంటర్లేయర్ ఇంటరాక్షన్ కారణంగా ఇంటర్లేయర్ ఛార్జ్ బదిలీ ప్రక్రియ ద్వారా ఇది వివరించబడింది, ఇది ఎనియలింగ్ తర్వాత మరింత బలంగా మారుతుంది.
చిత్రం #2
హెటెరోస్ట్రక్చర్ యొక్క పరమాణు విమానాలకు లంబంగా ఉష్ణ ప్రవాహాన్ని కొలవడానికి, పొరల శ్రేణి నాలుగు-ప్రోబ్ ఎలక్ట్రికల్ పరికరాల రూపంలో నిర్మించబడింది. గ్రాఫేన్ పై పొర పల్లాడియం (Pd) ఎలక్ట్రోడ్లను సంప్రదిస్తుంది మరియు రామన్ థర్మామెట్రీ కొలతలకు హీటర్గా ఉపయోగించబడుతుంది.
ఈ ఎలక్ట్రికల్ హీటింగ్ పద్ధతి ఇన్పుట్ పవర్ యొక్క ఖచ్చితమైన పరిమాణాన్ని అందిస్తుంది. మరొక సాధ్యమైన తాపన పద్ధతి, ఆప్టికల్, వ్యక్తిగత పొరల యొక్క శోషణ గుణకాల యొక్క అజ్ఞానం కారణంగా అమలు చేయడం చాలా కష్టం.
ఆఫ్ 2a నాలుగు-ప్రోబ్ కొలత సర్క్యూట్ చూపిస్తుంది, మరియు 2b పరీక్షిస్తున్న నిర్మాణం యొక్క అగ్ర వీక్షణను చూపుతుంది. షెడ్యూల్ 2s మూడు పరికరాల కోసం కొలిచిన ఉష్ణ బదిలీ లక్షణాలను చూపుతుంది, ఒకటి గ్రాఫేన్ మాత్రమే కలిగి ఉంటుంది మరియు రెండు Gr/WSe22 మరియు Gr/MoSe2/WSe22 లేయర్ శ్రేణులను కలిగి ఉంటుంది. అన్ని వైవిధ్యాలు గ్రాఫేన్ యొక్క యాంబిపోలార్ ప్రవర్తనను ప్రదర్శిస్తాయి, ఇది బ్యాండ్ గ్యాప్ లేకపోవటంతో సంబంధం కలిగి ఉంటుంది.
దాని విద్యుత్ వాహకత MoS2 మరియు WSe22 కంటే ఎక్కువ పరిమాణంలో ఉన్నందున, ఎగువ పొర (గ్రాఫేన్)లో ప్రస్తుత ప్రసరణ మరియు తాపన జరుగుతుందని కూడా కనుగొనబడింది.
పరీక్షించిన పరికరాల సజాతీయతను ప్రదర్శించడానికి, కెల్విన్ ప్రోబ్ మైక్రోస్కోపీ (KPM) మరియు స్కానింగ్ థర్మల్ మైక్రోస్కోపీ (SThM) ఉపయోగించి కొలతలు తీసుకోబడ్డాయి. చార్టులో 2d KPM కొలతలు లీనియర్ పొటెన్షియల్ డిస్ట్రిబ్యూషన్ను బహిర్గతం చేస్తూ ప్రదర్శించబడతాయి. SThM విశ్లేషణ ఫలితాలు చూపబడ్డాయి 2లు. ఇక్కడ మనం విద్యుత్తో వేడి చేయబడిన Gr/MoS2/WSe22 ఛానెల్ల మ్యాప్ను చూస్తాము, అలాగే ఉపరితల తాపనలో ఏకరూపత ఉనికిని చూస్తాము.
పైన వివరించిన స్కానింగ్ పద్ధతులు, ప్రత్యేకించి SThM, అధ్యయనంలో ఉన్న నిర్మాణం యొక్క సజాతీయతను, అంటే ఉష్ణోగ్రతల పరంగా దాని సజాతీయతను నిర్ధారించాయి. రామన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ (అనగా, రామన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ) ఉపయోగించి ప్రతి భాగపు పొరల ఉష్ణోగ్రతను లెక్కించడం తదుపరి దశ.
మూడు పరికరాలు పరీక్షించబడ్డాయి, ఒక్కొక్కటి ~40 µm2 వైశాల్యంతో ఉంటాయి. ఈ సందర్భంలో, హీటర్ శక్తి 9 mW ద్వారా మార్చబడింది మరియు శోషించబడిన లేజర్ శక్తి ~5 μm0.5 యొక్క లేజర్ స్పాట్ ప్రాంతంతో ~2 μW కంటే తక్కువగా ఉంది.
చిత్రం #3
చార్టులో 3a Gr/MoS2/WSe22 హెటెరోస్ట్రక్చర్లో హీటర్ పవర్ పెరిగేకొద్దీ ప్రతి లేయర్ మరియు సబ్స్ట్రేట్ యొక్క ఉష్ణోగ్రతలో (∆T) పెరుగుదల కనిపిస్తుంది.
ప్రతి పదార్థానికి (పొర) లీనియర్ ఫంక్షన్ యొక్క వాలులు వ్యక్తిగత పొర మరియు హీట్ సింక్ మధ్య ఉష్ణ నిరోధకతను (Rth=∆T/P) సూచిస్తాయి. ప్రాంతంపై తాపన యొక్క ఏకరీతి పంపిణీని బట్టి, ఉష్ణ నిరోధకతలను దిగువ నుండి పై పొర వరకు సులభంగా విశ్లేషించవచ్చు, ఈ సమయంలో వాటి విలువలు ఛానెల్ ప్రాంతం (WL) ద్వారా సాధారణీకరించబడతాయి.
L మరియు W అనేది ఛానెల్ పొడవు మరియు వెడల్పు, ఇవి SiO2 సబ్స్ట్రేట్ యొక్క మందం మరియు పార్శ్వ ఉష్ణ తాపన పొడవు కంటే గణనీయంగా ఎక్కువగా ఉంటాయి, ఇది ~0.1 μm.
అందువల్ల, మేము Si సబ్స్ట్రేట్ యొక్క ఉష్ణ నిరోధకత కోసం సూత్రాన్ని పొందవచ్చు, ఇది ఇలా కనిపిస్తుంది:
Rth,Si ≈ (WL)1/2 / (2kSi)
ఈ పరిస్థితిలో kSi ≈ 90 W m−1 K−1, ఇది చాలా ఎక్కువ మోతాదులో ఉన్న సబ్స్ట్రేట్ యొక్క ఉష్ణ వాహకత అంచనా.
Rth,WSe2 మరియు Rth,Si మధ్య వ్యత్యాసం 2 nm మందపాటి SiO100 యొక్క థర్మల్ రెసిస్టెన్స్ మరియు WSe2/SiO2 ఇంటర్ఫేస్ యొక్క థర్మల్ బౌండరీ రెసిస్టెన్స్ (TBR) మొత్తం.
పైన పేర్కొన్న అన్ని అంశాలను కలిపి, మేము Rth,MoS2 - Rth,WSe2 = TBRMoS2/WSe2, మరియు Rth,Gr - Rth,MoS2 = TBRGr/MoS2 అని నిర్ధారించవచ్చు. అందువలన, గ్రాఫ్ నుండి 3a ప్రతి WSe2/SiO2, MoS2/WSe2 మరియు Gr/MoS2 ఇంటర్ఫేస్ల కోసం TBR విలువను సంగ్రహించడం సాధ్యమవుతుంది.
తరువాత, శాస్త్రవేత్తలు రామన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ మరియు థర్మల్ మైక్రోస్కోపీని ఉపయోగించి కొలవబడిన అన్ని హెటెరోస్ట్రక్చర్ల యొక్క మొత్తం ఉష్ణ నిరోధకతను పోల్చారు (3b).
SiO2 పై బిలేయర్ మరియు ట్రైలేయర్ హెటెరోస్ట్రక్చర్లు గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద 220 నుండి 280 m2 K/GW పరిధిలో ప్రభావవంతమైన ఉష్ణ నిరోధకతను ప్రదర్శించాయి, ఇది 2 నుండి 290 nm మందంతో SiO360 యొక్క ఉష్ణ నిరోధకతకు సమానం. అధ్యయనంలో ఉన్న హెటెరోస్ట్రక్చర్ల మందం 2 nm మించనప్పటికీ (1d-1f), వాటి ఉష్ణ వాహకత గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద 0.007-0.009 W m−1 K−1.
చిత్రం #4
చిత్రం 4 మొత్తం నాలుగు నిర్మాణాల కొలతలను మరియు వాటి ఇంటర్ఫేస్ల యొక్క ఉష్ణ సరిహద్దు వాహకత (TBC)ని చూపుతుంది, ఇది గతంలో కొలిచిన ఉష్ణ నిరోధకత (TBC = 1 / TBR) పై ప్రతి పొర యొక్క ప్రభావం స్థాయిని అంచనా వేయడానికి అనుమతిస్తుంది.
ప్రత్యేక మోనోలేయర్ల మధ్య (2D/2D), ప్రత్యేకంగా WSe2 మరియు SiO2 మోనోలేయర్ల మధ్య పరమాణుపరంగా దగ్గరగా ఉండే ఇంటర్ఫేస్ల కోసం ఇది మొట్టమొదటి TBC కొలత అని పరిశోధకులు గమనించారు.
మోనోలేయర్ WSe2/SiO2 ఇంటర్ఫేస్ యొక్క TBC మల్టీలేయర్ WSe2/SiO2 ఇంటర్ఫేస్ కంటే తక్కువగా ఉంది, మోనోలేయర్ ట్రాన్స్మిషన్ కోసం చాలా తక్కువ బెండింగ్ ఫోనాన్ మోడ్లను కలిగి ఉన్నందున ఇది ఆశ్చర్యం కలిగించదు. సరళంగా చెప్పాలంటే, 2D లేయర్ల మధ్య ఇంటర్ఫేస్ యొక్క TBC 2D లేయర్ మరియు 3D SiO2 సబ్స్ట్రేట్ మధ్య ఇంటర్ఫేస్ యొక్క TBC కంటే తక్కువగా ఉంటుంది (4b).
అధ్యయనం యొక్క సూక్ష్మ నైపుణ్యాలతో మరింత వివరణాత్మక పరిచయం కోసం, నేను చూడాలని సిఫార్సు చేస్తున్నాను
ఉపసంహారం
ఈ పరిశోధన, శాస్త్రవేత్తలు స్వయంగా పేర్కొన్నట్లుగా, పరమాణు థర్మల్ ఇంటర్ఫేస్ల అమలులో వర్తించే జ్ఞానాన్ని మాకు అందిస్తుంది. ఈ పని ప్రకృతిలో కనిపించని హీట్-ఇన్సులేటింగ్ మెటామెటీరియల్లను సృష్టించే అవకాశాన్ని చూపించింది. అదనంగా, పొరల అణు స్థాయి ఉన్నప్పటికీ, అటువంటి నిర్మాణాల యొక్క ఖచ్చితమైన ఉష్ణోగ్రత కొలతలను నిర్వహించే అవకాశాన్ని కూడా అధ్యయనం నిర్ధారించింది.
పైన వివరించిన హెటెరోస్ట్రక్చర్లు అల్ట్రా-లైట్ మరియు కాంపాక్ట్ థర్మల్ "షీల్డ్స్" కోసం ఆధారం కావచ్చు, ఉదాహరణకు, ఎలక్ట్రానిక్స్లోని హాట్ స్పాట్ల నుండి వేడిని తొలగించగల సామర్థ్యం. అదనంగా, ఈ సాంకేతికత థర్మోఎలెక్ట్రిక్ జనరేటర్లలో లేదా థర్మల్ కంట్రోల్డ్ పరికరాలలో ఉపయోగించబడుతుంది, వాటి పనితీరును పెంచుతుంది.
గ్రహం యొక్క పరిమిత వనరులు మరియు అన్ని రకాల సాంకేతిక ఆవిష్కరణల డిమాండ్లో నిరంతర వృద్ధిని బట్టి, ఆధునిక విజ్ఞాన శాస్త్రం "థింబుల్లో సామర్థ్యం" అనే సూత్రంపై తీవ్రంగా ఆసక్తి చూపుతుందని ఈ అధ్యయనం మరోసారి నిర్ధారిస్తుంది.
మీ దృష్టికి ధన్యవాదాలు, ఉత్సుకతతో ఉండండి మరియు ప్రతి ఒక్కరికీ గొప్ప వారం! 🙂
మాతో ఉన్నందుకు ధన్యవాదాలు. మీరు మా కథనాలను ఇష్టపడుతున్నారా? మరింత ఆసక్తికరమైన కంటెంట్ని చూడాలనుకుంటున్నారా? ఆర్డర్ చేయడం ద్వారా లేదా స్నేహితులకు సిఫార్సు చేయడం ద్వారా మాకు మద్దతు ఇవ్వండి, మీ కోసం మేము కనిపెట్టిన ఎంట్రీ-లెవల్ సర్వర్ల యొక్క ప్రత్యేకమైన అనలాగ్పై Habr వినియోగదారులకు 30% తగ్గింపు:
Dell R730xd 2 రెట్లు తక్కువ? ఇక్కడ మాత్రమే
మూలం: www.habr.com