افزایش انتقال حرارت با استفاده از نانوچسب

بسپار می نویسد، گروهی از محققان در رشته‌های مختلف علمی در مؤسسه صنعتی رنسلار روش جدیدی را ‏برای افزایش انتقال حرارت بین دو ماده ابداع کرده‌اند. نتایج مطالعات این گروه، پیشرفت در ‏سیستم‌های سردسازی تراشه‌ها، دیود‌های گسیلنده نور (‏LED‏)، استحصال انرژی خورشید، ‏بازیافت انرژی‌های اتلافی و دیگر سیستم‌ها را به همراه خواهد داشت.‏
این محققان نشان دادند که قرار دادن یک لایه فوق‌نازک از یک نانوچسب بین سیلیکا و ‏مس افزایش چهار برابری در انتقال حرارت هدایتی بین دو ماده را منجر خواهد شد. این ‏نانوچسب یک لایه از مولکول به ضخامتی کمتر از یک نانومتر است که یک پیوند قوی بین ‏مس (فلز) و سیلیکا (سرامیک) برقرار کرده که در نبود این لایه برقرار شدن این پیوند ‏امکان‌ناپذیر است. این شکل از قفل نانومولکولی، چسبندگی را بهبود بخشیده و همچنین با ‏همگام‌سازی نوسانات اتم‌ها در ماده، انتقال موثر ذرات گرما به نام فونون را تسهیل می‌کند. ‏به غیر از مس و سیلیکا، این گروه تحقیقاتی، کارآمدی این سیستم را نیز در سایر فصول ‏مشترک فلز – سرامیک نشان داده‌اند.‏
انتقال حرارت از جنبه‌های مهم و حیاتی در فناوری‌های گوناگون است. با کوچک‌تر و ‏پیچیده‌تر شدن تراشه‌های رایانه‌ای سازندگان تراشه‌ها همواره در جستجوی روش‌های جدید ‏و بهتر برای دفع حرارت مازاد از دستگاه‌های نیمه‌هادی به منظور افزایش کارآمدی آنها ‏هستند. به عنوان مثال در دستگاه‌های فتوولتائیک، انتقال حرارت بهتر منجر به تبدیل موثرتر ‏نور خورشید به انرژی الکتریکی خواهد شد. سازندگان ‏LED‏ نیز همواره به دنبال راه‌کاری ‏برای افزایش بازدهی با کاهش درصد اتلاف در توان ورودی هستند. گاناپاتی راماناث، ‏استاد دانشکده علوم و مهندسی مواد در مؤسسه صنعتی رنسلار که راهبری این تحقیق را به ‏عهده دارد، معتقد است که توانایی برای افزایش و بهینه‌سازی هدایت حرارت در فصل ‏مشترک منجر به نوآوری در کاربردهای گوناگون خواهد شد. ‏
راماناث در این رابطه گفت: «فصول مشترک دو ماده به دلیل انتقال سخت فونون در آنها، ‏اغلب به گلوگاه‌های انتقال حرارت یاد می‌شوند. با این حال روش ابداعی مذکور در قرار ‏دادن یک نانولایه فوق‌نازک از مولکول‌های آلی که با هردو ماده پیوندی قوی برقرار می‏‌کنند، برخلاف هدایت حرارت ناچیز در فصل مشترک آلی- معدنی، افزایش چند برابری ‏هدایت حرارتی را به همراه خواهد داشت.» این روش تنظیم انتقال حرارت با کنترل چسبندگی ‏با استفاده از یک نانولایه آلی در سیستم‌های چندماده‌ای نیز عمل کرده و ابزاری جدید برای ‏تغییر خواص گوناگون ماده در فصول مشترک خواهد بود. همچنین از نکات قابل توجه دیگر ‏می‌توان به امکان‌پذیر بودن نشاندن آسان و بدون مزاحمت یک لایه منفرد از مولکول‌ها ‏به‌صورت خودآراء اشاره کرد. ‏
این گروه تحقیقاتی با بکارگیری تلفیقی از آزمایش‌های تجربی و مباحث تئوری صحت ‏یافته‌های خود را نشان داده‌اند. پاول کبلینسکی، یکی از این محققان، در این رابطه گفت: ‏‏«مطالعات انجام شده روابطی را بین قدرت پیوند در فصل مشترک و هدایت حرارتی نشان ‏می‌دهد که موید تعاریف نظری بوده و در عین حال دستیابی به روش‌های جدید در کنترل ‏انتقال حرارت در فصل مشترک را میسر می‌کند.»
این پژوهشگران جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی ‏Nature Materials‏ منتشر ‏کرده‌اند.‏