Bor Arsenit Elması Isı Transferinde Geçti

Uluslararası bir bilim insanları ekibi, Houston Üniversitesi mühendislerinin liderliğinde, uzun süredir geçerli olan bir termal iletkenlik teorisini yanlış olduğunu kanıtladı. Çalışmaları, malzeme bilimi sınırlarını daha da ileriye taşıdı ve önümüzdeki aylarda birkaç entspreching ilerlemeye ilham verebilir. Bu nedenle, bilimsel toplulukta önemli bir kilometre taşı olarak görülüyor. İşte bilmeniz gerekenler.

Modern Elektronikte Termal İletkenliğin Önemi

Bu atılımdan anlamak için, bugünün teknolojisinde termal bariyer kaplamalarının oynadığı kritik role理解 etmek önemlidir. Bu kaplamalar, genellikle metal bileşenlere uygulanır ve kritik bileşenlere ısı maruziyetini azaltmaya yardımcı olur.

Termal iletkenlik bariyeri, bugünün motorlarını daha dayanıklı, bilgisayarlarını daha hızlı yapar ve birçok endüstriyel sektörün önemli bir parçasıdır. Bu nedenle, bu yüzeyleri geliştirmeye yönelik sürekli araştırmalar vardır. Sentetik malzemelerde birçok ilerleme olmasına rağmen, hiçbiri doğayı geçemez.

Elmaslar

Yıllarca, elmaslar en iyi izotropik malzeme olarak kabul edildi. İzotropik malzemeler, tüm kristalografik yönlerde uniform ısı dağıtımı sunarlar. Meraklı bir şekilde, birkaç neden dolayı ısı transferinde mükemmeldirler, bunlar arasında sıkı kovalent karbon-karbon bağları bulunur.

Elmasın Termal İletken Olarak Sınırlamaları

Elmas termal kaplamalarının kullanımı ile ilgili bazı sorunlar vardır ve araştırmacıları diğer malzemeler için araştırmaya devam etme nedenleri vardır. Birincisi, diğer izotropik malzemelerden daha pahalıdır. Ayrıca, çalışması zor olabilir.

Bu sınırlamalara rağmen, elmaslar hala hızlı ısı dağıtımı kritik olduğunda kullanılır. Ancak, giderek daha fazla mühendis, sentetik malzemeler kullanarak elmasların performansını geçebileceğine inanmaktadır. Dikkat çeken bir malzeme Bor Arsenittir.

Bor Arsenit (BAs)

Bor Arsenit (BAs) ilk olarak 1959’da bilim adamlarının bor ve arseniği sentezlemesiyle ortaya çıktı. Bu erken deneysel çalışma, 2000’li yıllara kadar süregelen bir uykuya girdi. O zaman, bilgisayar modelleme ve malzeme bilimi alanındaki ilerlemeler, BAs’nin potansiyel bir ısı iletkeni olarak nasıl kullanılabileceğini görmek için suddenly mümkün oldu.

2013 yılına kadar, Boston College fizikçisi David Broido, BAs’nin elmasın termal iletkenliğini geçebileceği bir senaryoyu tanımlayan bir tahminde bulundu. O, malzemenin oda sıcaklığında 2200 W/m·K termal iletkenliğine ulaşabileceğini göstermek için hesaplamalar kullandı.
2015 yılında, Houston Üniversitesi Profesörü Zhifeng Ren, bu kavramı daha da ileriye taşıdı. O ve ekibi, laboratuvarda BAs kristalleri yetiştirdiler ve onları test ettiler. O, oda sıcaklığında tek kristal termal iletkenliği 1500 W/m·K elde ettiği birkaç deney yaptı.

Bu derecelendirme, BAs’yi termal iletkenlik açısından elmasların hemen arkasına koydu. Ayrıca, malzeme hakkında daha fazla araştırma ve optimal termal iletkenliği elde etme yollarını araştırmaya ilham verdi.

Yüksek Saflıkta BAs Elde Etme Zorlukları

O zamandan beri, BAs’nin termal iletken olarak kullanımı üzerine çalışmalar yapılmıştır. Ancak, fonon saçılma stratejilerindeki değişiklikler ve diğer sorunlar, mühendislerin sonuçlarını yaklaşık 1.300 W/mK’ye düşürmesine neden oldu. Şükür ki, yakın tarihli bir çalışma, bu sınırlamaların nedenini ve nasıl azaltılabileceğini gösterdi.

Bor Arsenit Çalışması

Termal iletkenlik bor arsenit oda sıcaklığında 2100 W per metre per Kelvin üzerinde¹ çalışması, bilimsel dergi Materials Today’de yayımlandı. Bu çalışma, mühendislerin bor arsenit tek kristallerinde oda sıcaklığında 2100 W/m·K termal iletkenliğine ulaşmayı nasıl başardıklarını açıklamaktadır.

Neydi Problem?

Mühendisler, matematiksel hesaplamaların doğru olduğunu, ancak deneylerin beklentileri karşılamadığını fark ettiler. Bu, onları temel bileşenleri ve stratejileri yeniden değerlendirmeye yöneltti. Termal iletkenliğin kaybına neden olan bir alan, saflıktı.

Source – Materials Today

Önemli olarak, izotropik malzemelerde, ısı transferi malzemenin kristalografik yollarını takip eder. Optimal bir ortamda, bu yollar düzgün bir yol sunar. Ancak mühendisler, önceki deneylerde kullanılan kristallerin performansını engelleyen beberapa kusurları olduğunu fark ettiler. Bu nedenle, en saf BAs’yi yetiştirmeye çalıştılar.

BAs’yi Saflıkta Üretme

Bu görevi gerçekleştirmek için, mereka süreci baştan tasarladılar. Ultrasaflık arsenik ile başladılar. Ardından, dört adımlı bir sentez işlemi uyguladılar ve saflığı daha da artırdılar.

Sonraki adım, bir kuvars tüpünü tamamen temizlemekti. Mühendisler, standart yarı iletken temizleme prosedürlerini kullandılar, bu da aseton, etanol ve iyonize su gibi çeşitli malzemelerle birden fazla ultrasonik temizleme işlemini içeriyordu. Ardından, fırında kurutuldu ve kalan nem ortadan kaldırıldı.

Oradan, mühendisler ısı iletkenliğini ve saflığı kontrol etmek için ışığı kullandılar. Hemen, önceki girişimlere kıyasla bireysel kristallerde önemli ölçüde daha düşük bir nokta kusur konsantrasyonu olduğunu fark ettiler.

BAs’nin Termal İletkenliğini Ölçme

Bilim adamları, kristallerin termal iletkenliğini birkaç çok doğru yöntem kullanarak test ettiler. Ekibe ilk olarak, termal iletkenliği kaydetmek için zaman-alan termoreflektans (TDTR) yöntemini kullandı. Bu testte, mühendisler kristalleri 100-nm Al transducer katmanı ile kapladı ve elektron demeti buharlaştırması kullanarak doğruluğu garantiledi.

Oradan, grup Raman spektroskopi kullanarak kristallerdeki kalan saflık bozukluklarını keşfetti. Ardından, verileri birleştirerek malzemenin yetenekleri ve zayıflıkları hakkında doğru bir bakış açısı elde ettiler. Ne buldukları, termal dinamikleri ileride değiştirecekti.

Rekor Kıran Termal İletkenlik Sonuçları

Swipe to scroll →

Ekibin testi, BAs’nin elmasın termal iletkenliğini geçebileceğini kanıtladı. Özellikle, bilim adamları oda sıcaklığında 2.100 W/mK kaydetti. Önemli olarak, Raman spektroskopisi, mühendislerin bir T−1.8 bağımlılığını gözlemlemesine izin verdi, bu da daha fazla araştırma ve performans iyileştirmeleri için kapıları açtı.

Mühendisler, bir modifiye edilmiş teorik hesaplamayla, üç-fonon saçılma için fononları 4-8 THz aralığında kullanma olanağı olduğunu belirttiler. Bu yaklaşımı kullanarak, ekip 300 ila 400 K arasındaki sıcaklık bağımlılığını kaydetti.

Bor Arsenit Avantajları

Bu çalışma, piyasaya birçok avantaj getirir. Birincisi, ertesi günün yüksek teknoloji cihazlarının daha erişilebilir ve ucuz olmasını sağlar. Elmaslar pahalı ve nadirdir, oysa BAs ihtiyaca göre üretilebilir. Ayrıca, üretimi ve entegrasyonu daha kolaydır.

Bor Arsenit olarak Yarı İletken Malzeme

Beklenmedik bir keşif, BAs’nin üstün yarı iletkenler olarak hareket ettiğini gösterdi. Testler, BAs’nin silikondan daha iyi performans gösterdiğini birkaç kategoride gösterdi. Özellikle, daha iyi iletkenlik, taşıyıcı mobilite, termal genleşme ve daha geniş bir bant aralığını sunabilir.

Termal Malzeme Biliminde Yeni Bir Çağın Başlangıcı

Bu çalışma, bilim adamlarının neden sürekli sınırları zorlamaları gerektiğini gösteriyor. Yıllarca, elmaslar termal iletkenlikte tartışmasız krallardı. Şimdi, tüm bilimsel topluluk, teorilerini yeniden değerlendirmeli ve önceden imkansız olarak thought edilen yeni ilerlemeler için yer açmalıdır.

Bor Arsenit Gerçek Dünya Uygulamaları ve Zaman Çizelgesi

Bu çalışmanın birçok uygulaması vardır. Birincisi, bu çalışma, üreticilerin termal yönetim hakkında düşünme şeklini değiştirecektir. Bu malzeme, elmas alternatiflerine kıyasla daha düşük maliyetle ve daha fazla erişilebilirlikte sürekli sentezlenebilirse, ısı yönetimi malzemeleri ve elektronikleri için yeni bir kapı açar. İşte birkaç potansiyel uygulama.

Yüksek Güçlü Elektronik

Dizinizin üzerinde tüm gün bilgisayarınız olmadan ısı dağıtımı olmadan hayal edin. Bu yüksek iletken termal bariyerlerin entegrasyonu, yüksek teknoloji ve taşınabilir elektronikte yeni bir çağın başlangıcına yol açabilir. Cihazlar, ek soğutma sistemi desteğine gerek kalmadan daha hızlı ve daha güçlü hale gelebilir.

Elektrikli Araçlar (EV) ve Güç Elektroniği

EV piyasası, BAs’nin termal iletken olarak entegrasyonu nedeniyle önemli performans iyileştirmeleri görebilir. Bu malzemeler, üreticilerin araçlarını daha hafif ve daha güvenli yapmasına olanak tanıyabilir. Bu da, tek bir şarjdan daha fazla menzil elde edilmesine yol açabilir. Ayrıca, bu strateji, EV’lerin gelecekteki maliyetlerini azaltabilir.

Veri Merkezleri

Veri merkezleri, bu teknolojinin faydalarını görecek ilklerden olacaktır. Bu büyük ekosistemler, AI pazarının rekor genişlemeleri nedeniyle yüksek talep görüyor. Bu nedenle, bu teknoloji, AI sektörünün yetenekleri, performansı ve giderleri üzerinde doğrudan bir etkiye sahip olacaktır.

Bor Arsenit Zaman Çizelgesi

Siviller, bu tür ısı kaplamalarının elektroniklerinde 7-10 yıl içinde kullanılabileceğini görebilir. Ancak, askeri ve diğer özel yüksek teknoloji kullanım durumları, bu malzemelere 5 yıl veya daha az sürede erişebilir. Üretimi daha ucuz ve daha erişilebilir olması, entegrasyon sürelerini önemli ölçüde azaltmaya yardımcı olmalıdır.

Bor Arsenit Araştırmacıları

Termal iletkenlik bor arsenit oda sıcaklığında 2100 W per metre per Kelvin üzerinde çalışması, several prestijli kurumların işbirliğiydi, bunlar arasında California Üniversitesi, Santa Barbara, Boston College ve Houston Üniversitesi bulunuyordu.

Özellikle, makale, Profesör Zhifeng Ren, Bolin Liao, Ange Benise Niyikiza, Zeyu Xiang, Fanghao Zhang, Fengjiao Pan, Chunhua Li, Matthew Delmont, David Broido ve Ying Peng’i çalışmaya katkıda bulunanlar olarak listeliyor.

Gelecek Araştırma Yönergeleri için BAs Malzemeleri

Bu önemli kilometre taşı elde etmek için geçen yılların ardından, ekibin BAs’nin termal iletkenliğini geliştirmeye devam edeceği beklenmektedir. Gelecekte, aynı zamanda diğer malzemelerin benzer veya daha iyi sonuçlar sağlayıp sağlayamayacağını araştıracaklar.

Grafit Üretiminde Yatırım

Isı iletken kaplamaları üreten birçok firma vardır. Bu şirketler, bugünün yüksek teknoloji, ulaşım ve endüstriyel sektörleri için çok önemlidir. İşte, piyasadaki öncü firmalarından biri.

Grafit Teknolojisi

Grafit Teknolojisi(GTI ) 2019’da kuruldu. Bu Malezya grafit üreticisi, bugünün EV piyasası, elektronik ve iletişim sistemleri için anot malzemesi ve diğer kritik malzemeleri sağlar.

Şirket, birçok nedenle piyasadaki öncü firmalarından biri olmuştur ve MIT, Manchester Üniversitesi ve diğer birçok ortaklık ile sürdürülebilir yaklaşımını genişletmeye devam etmektedir.

Grafit Teknolojisi, rakiplerinden birçok yönden farklıdır. Birincisi, şirket sürdürülebilirlik odaklıdır. Dünya çapında endüstriyel ölçekte, atık palm çekirdeği kabuklarını geri dönüştürerek pil kalitesinde grafit üretebilen ilk üreticidir.

Şirketin Malezya tesisi, yüksek saflıkta yapay grafit, tek katmanlı grafen ve diğer temel malzemeleri sağlar. Ayrıca, tesis yılda 9.000 metrik ton atığı 3.000 metrik ton grafite dönüştürebilir ve sadece 1 kg grafit için 2,95 kg CO2 emisyonu üretir, bu da alternatiflere göre %83 daha temizdir.

Tüm bu faktörler, Grafit Teknolojisi hisselerine yönelik yatırımcı ilgisini sürdürmektedir. Yenilikçi ve sürdürülebilir bir imalat stokuna ilgi duyanlar, Grafit hisse senetlerini daha fazla araştırmalıdır.