过热可能会损坏精密的电子设备,包括如今电动汽车所需的电池和相关部件。电动汽车配备了大量的散热器和相关管道,用于管理这些热能。但弗吉尼亚大学的研究人员发现了一种潜在的突破性电子设备热量管理方法,即像光束一样移动热量。
这一发现的意义可能会彻底改变智能手机、超级计算机、医疗设备、甚至电动汽车。其中六方氮化硼 (hBN) 晶体是实现这一奇迹的关键,这种特殊材料具有独特的性能,有助于避免电子设备中常见的热量管理限制。
- 六方氮化硼具有独特的传热能力
- 这种材料以集中光束而非小波的形式发出热能
- 这一发现可能会彻底改变几乎所有类型的电子设备
- 未来的电动汽车将拥有更长的续航里程、更长的电池寿命和更快的充电速度
电子元件在高强度使用下往往会发热,无论是运行图形密集型游戏的电脑、进行视频通话的智能手机,还是进行直流快速充电的电动汽车。随着热量的积累,性能通常会下降,从长远来看,可能会导致损坏,甚至组件故障。
根据具体应用,通常使用风扇、散热器和液冷系统来处理热量,但这是一个相对较慢的过程。研究人员不再依赖所谓的声子(即热振动,其传播速度相当缓慢),而是找到了使用双曲声子极化子(简称HPhP)的方法。
在传统系统中,电子设备中的热量像池塘里的涟漪一样扩散,这种能量向外扩散时会逐渐减弱。但通过将热量压缩成紧密排列的波浪,这个新系统可以以惊人的效率将能量传导到非常远的距离。为了实现这一目标,科学家们对放置在一块 hBN 上的小金垫进行了加热,将能量转化为“快速移动的极化子波,瞬间将热量带走,穿过金和 hBN 之间的界面”。
测量结果确定,撞击界面的热电子绕过声子传输路径,直接辐射到近场hBN的HPhPs中。这种极化子耦合使固体中的热传输速度比通过扩散声子过程的速度快几个数量级,显著增强了热传输,突破了界面传热的极限。
简而言之,该技术可以使热量以一种在固体材料中不可能实现的方式移动,是一种在纳米尺度上控制温度的全新方法。弗吉尼亚大学工程学博士生威尔·哈金斯解释道,这种方法速度非常快,可能会彻底改变未来的电子设备,有可能使电动汽车电池续航时间更长、充电速度更快,并可能提供更佳的车辆性能。
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