Nanotechnologia do kontroli ciepła

Nanotechnologia wkracza też do ciepłownictwa.

Massachusetts Institute of Technology opracował nową nanotechnologię pozwalającą kontrolować ciepło w sposób podobny do kontrolowania światła. Naukowcy zapewniają, że ich rozwiązanie będzie można wykorzystać w urządzeniach termoelektrycznych i w ogrzewaniu budynków.

Opracowana przez Massachusetts Institute of Technology (MIT) technologia opiera się na specjalnym stopie „nanostrukturalnych półprzewodnikowych kryształów" zbudowanych z krzemu i germanu. Inżynierowie z MIT wskazują, że ciepło jest tutaj kwestią wibracji – podobnie jak dźwięk. Owe wibracje cieplne można zaś ich zdaniem traktować jako strumień fonów (dźwiękowy odpowiednik strumienia fotonów świetlnych). MIT postanowił więc opracować kryształ podobny do kryształów fotonowych, które mogą kontrolować przepływ światła i kryształów fonicznych kontrolujących przepływ fal dźwiękowych. Jak jednak takie kryształy miałyby kontrolować przepływ ciepła?

Inżynierowie z MIT wskazują, że fale ciepła można kontrolować poprzez odpowiednie ukształtowanie nanostruktury kryształu tak by była ona dostosowana do długości fal cieplnych. Martin Maldovan z MIT wyjaśniał w artykule dotyczącym tej technologii, że fale dźwiękowe i cieplne różnią się częstotliwością drgań. Częstotliwość fal dźwiękowych może wynosić od jednego kilohertza do kilku tysięcy kilohertzów. Częstotliwości fal cieplnych są zaś wielokrotnie wyższe i zaczynają się od jednego terahertza (10 do potęgi 12). Termiczne kryształy, o których piszą naukowcy z MIT mają pozwalać na zmniejszenie częstotliwości fal cieplnych do wielkości zbliżonych dla fal dźwiękowych. Dzięki temu uzyskane zostają wiązki ciepła, które nazwano „ciepłem hipersonicznym". Można je kontrolować w sposób podobny do dźwięku. Naukowcom z MIT udało się zmniejszyć częstotliwość fal cieplnych do częstotliwości 100-300 GHz. Normalnie ciepło rozchodzi się we wszystkich kierunkach. Martin Maldovan wskazuje, że w czasie testów udało się skoncentrować 40 proc. przepływu ciepła w jedną wiązkę.

Naukowcy wskazują, że taka kontrola ciepła pozwoli na zwiększenie efektywności energetycznej. Kryształy termiczne będzie można wykorzystać między innymi w termoelektrycznych urządzeniach i pozwolą na konwersję różnicy temperatur w elektryczność. Kryształy będzie też można wykorzystać w jednokierunkowym przepływie ciepła czy też w koncentrowaniu ciepła w jednym miejscu tak jak to się dzisiaj robi ze światłem przy użyciu luster.

(Bar)