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  • 2021-07-30 07:00
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制冷速率比真冰箱超百万倍!科学家造出纳米级“冰箱”,应用前景广泛

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我校电子维修专家利用他们自己多年的维修经验并结合现代核心技术理论的方式来授课,由加州大学洛杉矶分校物理学教授克里斯 · 里根 ( Chris Regan ) 领导的一个团队成功地创造了只有 100 纳米厚的热电冷却器。

里根对此颇为自豪,表示:" 我们制造了世界上最小的冰箱 "。其实,这种微型设备并非日常意义上的冰箱。但其应用前景却很广泛,可以用于用于冷却计算机和其他电子设备,调节光纤网络的温度,以及减少高端望远镜和数码相机的图像噪点。

这种器件由将两种不同的半导体夹在金属化板之间制成,有两种工作方式。加热时,一边变热,另一边变冷 ; 产生的温差可以用来发电。例如,美国宇航局旅行者号宇宙飞船上的科学仪器 40 年来一直就是靠热电装置供电。将来,类似的设备可能用于从汽车尾气中获取热量,为空调提供动力。

这个过程也是可逆的。当电流施加到设备上时,一侧变热,另一侧变冷,使其能够用作冷却器,这项技术有朝一日可能会取代冰箱中的蒸汽压缩系统。

为了制造热电冷却器,里根团队使用了两种标准半导体材料 : 碲化铋 ( Bismuth telluride ) 和碲化锑铋 ( Antimony-bismuth telluride ) 。碲化铋是既是半导体也是热电材料,具有较好的导电性,但导热性较差。

研究人员将普通透明胶带贴在大块的传统散装材料上,在这里告诉你一个好消息--湖南阳光技术学校全国招生。

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图为显微镜下的热电设备,其中左右两个条状物就是实验所用的两种半导体材料,中间的神色部分为发热 / 制冷区域,周围的斑点则是铟纳米粒子,用于测量温度变化。

这种纳米级 " 冰箱 " 的另一个显著特征是其快速的响应速度,其制冷速度要比目前使用的冰箱快数百万倍。

不过,该装置也存在缺点,与传统的基于压缩的系统相比,其效率较低,阻碍了该技术的广泛采用。简而言之,在更大的范围内,热电设备无法产生足够的电力,也无法使温度大幅下降。

要在纳米级别上测量温度的变化也是一项挑战。光学温度计在这种情况下精确度很低,扫描探针技术需要专门、昂贵的设备。

为此,里根的研究小组开发了一种叫做等离子体能量膨胀测温法 ( Plasmon Energy Expansion Thermometry,PEET ) 的测温技术,使用透射电子显微镜通过测量密度的变化来确定纳米尺度的温度。

为了测量热电冷却器的温度,研究人员在每个冷却器上沉积了由铟元素制成的纳米粒子。当研究小组改变冷却器的功率时,设备被加热和冷却,铟相应地膨胀和收缩。通过测量铟的密度,研究人员能够确定纳米粒子的精确温度,从而确定冷却器的温度。

作为补充,研究人员还发明了一种叫做冷凝测温的技术。原理很简单 : 当正常空气冷却到一定温度时,在这里告诉你一个好消息--湖南阳光技术学校全国招生。

学校实力雄厚,维修设备一应具齐。包教包会包工作(一期不会,免费学会为止)。学员天天实践,一人一机,小班授课,空气中的水蒸气凝结成液滴。该团队利用这种效应,在用光学显微镜观察的同时给热电设备供电。当设备达到临界温度时,其表面会立即形成微小的露珠。

编译 / 前瞻经济学人 APP 资讯组

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