Illustration et micrographies électroniques à balayage du redresseur NanoThermoMechanical. Crédit :Elzouka et Ndao. Publié dans Rapports scientifiques sur la nature .
(Phys.org)—Les chercheurs ont construit la diode thermique la plus chaude à ce jour, qui fonctionne à des températures de plus de 600 K (326 °C). Les diodes thermiques peuvent servir de blocs de construction de futurs calculateurs thermiques, qui pourraient fonctionner à des températures auxquelles les ordinateurs électroniques d'aujourd'hui surchaufferaient rapidement et cesseraient de fonctionner.
Les chercheurs, Le professeur assistant Sidy Ndao et l'étudiant diplômé Mahmoud Elzouka au Département de génie mécanique et des matériaux de l'Université du Nebraska-Lincoln, ont publié un article sur la diode NanoThermoMechanical dans un récent numéro de Nature's Rapports scientifiques .
« Nous avons démontré la pierre angulaire de ce que pourrait être le calculateur thermique du futur, et il fonctionne à des températures très élevées, " Ndao a dit Phys.org . "Pour quelqu'un qui travaille aussi activement dans le refroidissement électronique, cela vous fait vous demander « Et si nous arrêtions de refroidir l'électronique tous ensemble ? »
"Contrairement à l'électronique, La mémoire et les dispositifs logiques NanoThermoMechanical utilisent la chaleur au lieu de l'électricité pour enregistrer et traiter les données; par conséquent, ils peuvent fonctionner dans des environnements difficiles où l'électronique échoue généralement. Quelques exemples incluent l'exploration de la planète Vénus avec une température moyenne supérieure à 400 °C, et le forage en profondeur pour les énergies pétrolières et géothermiques. Tout aussi importante est l'opportunité que cette technologie présente pour la récupération de la chaleur perdue avec le développement de batteries thermiques. »
La fonction d'une diode thermique est de permettre à la chaleur de circuler principalement dans un sens mais pas dans l'autre, similaire à la façon dont une diode électronique permet au courant électrique de circuler principalement dans une direction. Cette capacité à contrôler le sens du flux permet aux diodes de produire deux niveaux distincts d'un signal, formant la base des niveaux logiques binaires "0" et "1".
La nouvelle diode thermique atteint deux niveaux distincts de flux de chaleur en contrôlant la distance entre deux surfaces :une borne mobile et une borne fixe. Les chercheurs ont montré que la modification des températures relatives des deux terminaux modifie la taille de l'écart entre eux, qui modifie la quantité de transfert de chaleur, qui à son tour dépend de la direction du flux de chaleur.
Sidy Ndao et Mahmoud Elzouka, Université du Nebraska-Lincoln College of Engineering, développé cette diode thermique qui peut permettre aux ordinateurs d'utiliser la chaleur comme source d'énergie alternative. Crédit :Karl Vogel /Université du Nebraska-Lincoln Engineering
C'est la première fois que la relation entre ces quatre facteurs - température, écart de séparation, taux de transfert de chaleur, et la direction du flux de chaleur - a été exploitée pour une utilisation dans une diode thermique.
L'ensemble du dispositif se compose de 24 paires de bornes mobiles et fixes, ainsi que deux microchauffeurs en platine à couche mince qui contrôlent et mesurent indépendamment les températures de chaque paire de bornes. Lorsque le terminal fixe est plus chaud que le terminal mobile, l'écart est grand, résultant en un faible taux de transfert de chaleur. Lorsque le terminal mobile devient plus chaud que le terminal fixe, la borne mobile se rapproche de la borne fixe et l'écart diminue, conduisant à un taux de transfert de chaleur plus élevé.
A cette échelle, le transfert de chaleur se produit physiquement en raison d'un processus appelé rayonnement thermique en champ proche, qui résulte principalement de l'effet tunnel d'ondes de surface évanescentes entre deux surfaces rapprochées. Cette démonstration est la première fois que le rayonnement thermique en champ proche est utilisé pour faire fonctionner une diode thermique à haute température. Cela a été difficile en raison des défis techniques liés au contrôle de l'écart à l'échelle nanométrique.
Les tests ont montré que la diode thermique peut fonctionner à des températures allant jusqu'à 600 K, et les chercheurs s'attendent à ce que des températures plus élevées avec des performances améliorées soient possibles grâce à l'optimisation de la conception.
Un autre avantage du procédé est que la diode thermique peut être facilement mise en œuvre, car il ne nécessite pas de matériaux exotiques mais utilise à la place des techniques standard déjà connues dans l'industrie des semi-conducteurs.
© 2017 Phys.org
