Vědci zaznamenali přenos tepla mezi nanoobjekty mnohokrát vyšší, než očekávali

Vědci zaznamenali v laboratoři Pramod Reddy stokrát větší přenos tepla mezi dvěma nanoobjekty, než bylo stanoveno Planckovým zákonem. Takovýto přenos tepla se může odehrát i na větší než nano vzdálenosti. Výsledkem by mohly být lepší solární kolektory a materiály, které se chovají jako jednocestné ventily pro tok tepla.

Před pěti lety v laboratoři Pramod Reddy přenášela mikrostruktura velké množství tepla mezi objekty, které měly být navzájem izolovány.

„Nemohli jsme přijít na důvod tohoto úkazu dlouhou dobu. Zdálo se, že klasická kalkulace založená na Planckově teorii nemohla být aplikována na to, co jsme pozorovali,“ uvedl autor studie a člen Reddy laboratoře, Dakotah Thompson.

Tepelný tok mezi dvěma objekty má svoje limity, které jsou ovlivněny detaily, jako je například velikost objektu, typ povrchu, teplota a vzdálenosti mezi objekty. Teplo se přenáší mezi objekty elektromagnetickým zářením, jako je například infračervené a viditelné záření.

Předchozí studie od Reddy a Meyhofer ukazuje, že teplo cestuje 10 000 krát rychleji, než bylo očekáváno mezi objekty oddělenými nanomezerami (vzdálenost menší než dominantní vlnová délka záření). „Rychlostí“ je zde míněno, s jakou rychlostí teplota jednoho objektu mění teplotu druhého. Důvodem této rychlosti je účinnost procesu při takto malých vzdálenostech mezi objekty.

Přenos tepla

V objektu o velikosti a tvaru kreditní karty docházelo k přenosu tepla radiací všemi šesti stranami proporcionálně k velikosti povrchu strany. Vědci ale zjistili, že když velikost struktury byla extrémně tenká – nejtenčí měla přibližně polovinu vlnové délky zeleného světla – hrany předávaly a přijímaly více tepla, než bylo očekáváno.

Po několika hodinách modelování na superpočítači bylo výsledkem potvrzeno, že došlo k stonásobnému zvýšení tepleného toku. Důvodem je způsob, jakým se vlny šíří velice tenkou vrstvou.

Co by tento nález mohl umožnit

Formující se trh s nanotechnologiemi by mohl znamenat, že tento jev bude využit v některých zařízeních, vzhledem k tomu, že efekt je nejsilnější na mikro úrovních.

Příklady využití navržené vědci zahrnují kontrolu tepelného toku, která by vedla k výrobě tepelných tranzistorů pro příští generaci počítačů a diod. Dalším příkladem využití je výroba materiálů pro budovy. Tento materiál by mohl odevzdat teplo v létě do okolí, ale držet ho uvnitř během zimních měsíců.

Solární články by mohly zachytit vlnové délky slunečního záření, které nejsou využívány k výrobě elektrické energie. Tato přebytečná energie by mohla být například využita k ohřevu vody.

Zdroj úvodního obrázku: fineartamerica.com