От крыльев бабочки до новых функциональных материаловМатериалы полимера, которые позволяют теплопроводности управляться, являются фотонными кристаллами. Они часто дают бабочек, жуков и других насекомых, ослепляющих цвета, и были, главным образом, исследованы из-за их оптических эффектов.
Профессор доктор Маркус Реч, профессор Юниора Лихтенберга Систем Полимера и его докторант Фабиан Нуц (M.Sc). разработали четыре различных метода, чтобы управлять температурно-зависимой теплопередачей в таких фотонных кристаллах.Эти методы эксплуатируют то, что наноматериалы полимера становятся более водопроницаемыми теплом, как только они теряют свою наноструктуру, пересекая определенный температурный порог.
Это – когда теплопроводность фотонных кристаллов взлетает к уровню, который является в два или три раза более высок, чем это было прежде. На этой основе ясно определенные эффекты на тепловую передачу могут быть достигнуты через изменения в наноструктуре кристаллов.Формирование фильма увеличивает теплопроводностьИсследование ученых в Байройте показало, что температура, при которых скачках теплопроводности в более высокий уровень зависит кардинально от состава наночастиц, которые составляют фотонные кристаллы.
Эта температура может быть точно скорректирована, включив пластификатор в структуру полимера. Изменяется ли теплопроводность в широком или узком диапазоне температур, когда температурными повышениями можно также точно управлять: выполнение поэтому только требует наночастиц, которые подобны в размере, но которые отличаются относительно содержания пластификатора, которое будет одинаково смешано. Это приводит к постепенной потере наноструктуры через широкий диапазон температур. Следовательно, увеличение теплопроводности также охватывает больший диапазон температур.
Кроме того, при помощи слоистой структуры, исследователям также удалось преобразовать непрерывное увеличение в многоуровневое увеличение проводимости. Регулируя толщину отдельных кристаллических слоев, можно также точно влиять на уровень проводимости, который достигнут на соответствующем уровне.Потенциал для энергетической технологии и теплового управления«Эти результаты исследования демонстрируют, что возможно в принципе отрегулировать теплопроводность в наноструктурированных материалах с высокой степенью точности.
Однако развитие материалов, которые позволяют тепловой передаче точно управляться, является только началом. Наши результаты до настоящего времени очень воодушевляют и показали интересные понятия для строительства большего количества энергосберегающих изоляционных материалов. В долгосрочной перспективе эти понятия могли быть ценными для разработки тепловых транзисторов или диодов», объяснил профессор Реч.Он действительно, однако, указывал на одно препятствие, которое должно все еще быть преодолено: увеличение теплопроводности – как отрегулировано в этих четырех методах, разработанных командой – необратимо.
Это означает, что проводимость остается на уровне, который достигнут, даже когда температура снижается снова. «Строительство наносистем, которые позволяют тепловой передаче обратимо управляться, является трудной все же захватывающей и центральной задачей для дальнейшего исследования в этой области», сказал профессор Реч.