15:13
Comentarii Adauga Comentariu

_ Noul sistem proiectează nanomateriale care conduc căldura în moduri specifice

_ Noul sistem proiectează nanomateriale care conduc căldura în moduri specifice

Cipurile de computer sunt pline cu miliarde de tranzistori microscopici care permit calcul puternic, dar generează și o cantitate mare de căldură. O acumulare de căldură poate încetini un procesor de computer și îl poate face mai puțin eficient și mai fiabil. Inginerii folosesc radiatoare pentru a menține chipsurile la rece, uneori împreună cu ventilatoare sau sisteme de răcire cu lichid; cu toate acestea, aceste metode necesită adesea multă energie pentru a funcționa.

Cercetătorii de la MIT au adoptat o abordare diferită. Ei au dezvoltat un algoritm și un sistem software care poate proiecta automat un material la scară nanometrică care poate conduce căldura într-un mod specific, cum ar fi canalizarea căldurii într-o singură direcție.

Deoarece aceste materiale sunt măsurate în nanometri (un păr uman). are o lățime de aproximativ 80.000 de nanometri) ar putea fi utilizate în cipuri de computer care pot disipa căldura singure datorită geometriei materialului.

Cercetătorii și-au dezvoltat sistemul utilizând tehnici de calcul care au fost folosite în mod tradițional pentru a dezvolta mari dimensiuni. structuri și adaptându-le pentru a crea materiale la scară nanometrică cu proprietăți termice definite.

Au proiectat un material care poate conduce căldura într-o direcție preferată (un efect cunoscut sub numele de anizotropie termică) și un material care poate transforma eficient căldura în electricitate. Ei folosesc ultimul design pentru a fabrica un dispozitiv de siliciu nanostructurat pentru recuperarea căldurii reziduale la MIT.nano.

Oamenii de știință folosesc de obicei o combinație de presupuneri și încercări și erori pentru a optimiza capacitatea unui nanomaterial de a conduce căldura. În schimb, cineva ar putea introduce proprietățile termice dorite în sistemul său software și ar putea primi un design care poate atinge acele proprietăți și care poate fi fabricat în mod realist.

Pe lângă crearea de cipuri de computer care pot disipa căldura, tehnica ar putea fi folosit pentru a dezvolta materiale care pot transforma eficient căldura în electricitate, cunoscute sub numele de materiale termoelectrice. Aceste materiale ar putea capta căldura reziduală de la motoarele unei rachete, de exemplu, și o pot folosi pentru a alimenta nava spațială, explică autorul principal Giuseppe Romano, cercetător la Institutul MIT pentru Nanotehnologia Soldaților și membru al MIT-IBM Watson AI Lab.

„Obiectivul aici este de a proiecta aceste materiale nanostructurate care transportă căldura foarte diferit decât orice materiale naturale”, spune autorul principal Steven Johnson, profesor de matematică aplicată și fizică, care conduce Grupul de Nanostructuri și Calcul din cadrul MIT Research. Laborator de electronice. „Dar întrebarea este cum să faci asta cât mai eficient posibil, mai degrabă decât să încerci o grămadă de lucruri diferite bazate pe intuiție? Giuseppe a aplicat designul computațional pentru a permite computerului să exploreze mai multe forme posibile și să vină pe cea care are cele mai bune proprietăți termice posibile.”

Lucrul lor de cercetare este publicat astăzi în Structural and Multidisciplinary Optimization.

Controlul vibrațiilor

Căldura din semiconductori se deplasează prin vibrații. Moleculele vibrează mai repede pe măsură ce se încălzesc, determinând grupurile de molecule din apropiere să înceapă să vibreze și așa mai departe, mișcând căldura printr-un material ca o mulțime de fani care fac „valul” la un joc de baseball. La scară atomică, aceste unde de vibrații sunt captate în pachete discrete de energie, cunoscute sub numele de fononi.

Cercetătorii doresc să creeze materiale la scară nanometrică care controlează transferul de căldură în moduri foarte specifice, cum ar fi un material care conduce mai multa caldura in directie orizontala si mai putina caldura in directie verticala. Pentru a face acest lucru, ei trebuie să controleze modul în care fononii se mișcă prin material.

Materialele asupra cărora s-au concentrat sunt cunoscute sub denumirea de nanostructuri periodice, care sunt realizate dintr-o rețea de structuri cu o formă arbitrară. Modificarea dimensiunilor sau a aranjamentului acestor structuri poate modifica în mod dramatic proprietățile termice ale întregului sistem.

În principiu, cercetătorii ar fi putut face unele părți ale acestor structuri prea înguste pentru ca fononii să treacă prin, controlând modul în care căldura poate călători prin material. Dar există configurații practic infinite, așa că ar fi fost extrem de dificil să descoperi cum să le aranjezi pentru anumite proprietăți termice specifice folosind doar intuiția.

„În schimb, am împrumutat o tehnică de calcul care a fost dezvoltată în mod tradițional pentru structuri precum punți. Imaginați-vă că transformăm un material într-o imagine și apoi găsim cea mai bună distribuție a pixelilor care ne oferă proprietatea prescrisă", spune Romano.

Folosind această tehnică de calcul, un algoritm trebuie să descopere dacă sau să nu plasezi o gaură la fiecare pixel din imagine.

„Deoarece sunt milioane de pixeli, dacă doar încerci pe fiecare, există prea multe posibilități de simulare. Modul în care trebuie să-l optimizezi aceasta este să începem cu o presupunere și apoi să o evoluăm într-un mod de deformare continuă a structurii pentru a o face din ce în ce mai bună”, explică Johnson.

Dar acest tip de optimizare este foarte dificil de realizat cu nanomaterialele.

În primul rând, fizica Transportul rmal se comportă diferit la scară nanometrică, astfel încât ecuațiile obișnuite nu funcționează. În plus, modelarea mișcării fononilor este deosebit de complexă. Trebuie să știți unde se află în spațiul tridimensional, precum și cât de repede se mișcă și în ce direcție.

Îmblânzirea ecuațiilor complexe

Cercetătorii au conceput o nouă tehnică, cunoscută sub numele de metoda de interpolare a transmisiei, care permite acestor ecuații foarte complexe să se comporte într-un mod pe care algoritmul îl poate gestiona. Cu această metodă, computerul poate deforma ușor și continuu distribuția materialului până când atinge proprietățile termice dorite, în loc să încerce fiecare pixel pe rând.

Echipa a creat, de asemenea, un sistem software open-source și o aplicație web care permite unui utilizator să introducă proprietățile termice dorite și să primească o structură de material la scară nanometrică fabricabilă. Făcând sistemul open source, cercetătorii speră să inspire alți oameni de știință să contribuie la acest domeniu de cercetare.

Cu acest nou instrument în mână, cercetătorii explorează alte materiale care pot fi optimizate folosind acest sistem, precum aliajele metalice, care ar putea deschide ușa către noi aplicații. Ei studiază, de asemenea, metode de optimizare a conductibilității termice în trei dimensiuni, mai degrabă decât numai pe orizontală și verticală.

„Din câte știu, lucrarea lui Romano și Johnson este printre primele în realizarea de material topologic optim. proiectare pentru transferul de căldură la scară nanometrică cu modelul de transport al fononului Boltzmann Noutatea tehnică a metodei lor constă în principal într-o integrare inteligentă a unei metode de interpolare a transmisiei cu modelul de transport Boltzmann, astfel încât gradientul obiectivului de proiectare să funcționeze în raport cu structura materialul poate fi calculat”, spune Kui Ren, profesor de matematică aplicată la Universitatea Columbia, care nu a fost implicat în această lucrare.

„Ideea este destul de nouă și generală și îmi pot imagina că această idee va fi adoptat în curând pentru obiective de proiectare topologică cu modele mai complicate de transport de căldură și în multe alte regimuri de aplicații de transfer de căldură.”

Această poveste este republicată prin amabilitatea MIT News (noi b.mit.edu/newsoffice/), un site popular care acoperă știri despre cercetare, inovare și predare MIT.


(Fluierul)


Linkul direct catre Petitie

CEREM NATIONALIZAREA TUTUROR RESURSELOR NATURALE ALE ROMANIEI ! - Initiativa Legislativa care are nevoie de 500.000 de semnaturi - Semneaza si tu !

Comentarii:


Adauga Comentariu



Citiți și cele mai căutate articole de pe Fluierul:

_Norizo Ro - 25 Oct 2022 09:54:16 -Poanta Zile: MăCiucă stinge Becul

_4 Media Info - 23 Nov 2022 17:50:28 - PSD și PNL au prăbușit natalitatea in Romania. Și după ce au făcut asta să vedeți ce le-a mai trecut prin cap..

_Norizo Ro - 30 Oct 2022 11:24:44 - Poantă Zilei : Cui ii place cel mai mult în vacanță?

_Norizo Ro - 24 Sep 2022 08:16:47 - Poanta Zilei: Cum are grijă Isărescu de Inflație....și cum îsi bate joc de români.

Norizo Ro - 13 Sep 2022 04:49:04 - Poantă Zilei: Reclamă la viitorul lapte de Gândac, stors cu pasiune din Gândaci Bio

_4 Media Info - 23 Nov 2022 10:50:16 - Ciucă încearcă cu disperare sa nu elimine Pensiile Speciale

_Stiri Negre - 20 Nov 2022 06:24:53 - Încă o moarte subită in rândul adolescenților. Observați că Nimeni nu vrea sa le investigheze?

_4 Media Info - 22 Nov 2022 14:50:30 - Corupția PSD PNL

_Stiri Negre - 21 Nov 2022 16:42:30 - Prea multe video-uri cu animale care se rotesc în cerc

_Norizo Ro - 03 Oct 2022 18:30:10 - Ce mai Soros?

_Marius Tucă Show - 22 Nov 2022 20:24:29 - Bănescu face de râs biserica

_4 Media Info - 26 Nov 2022 14:26:10 - Unica Soluție Unirea

Robocop devine realitatea.. San Francisco plănuiește să folosească roboți capabili de forță mortală

Norizo Ro - 15 Sep 2022 17:48:24 - Poanta Zilei: Ciucă a găsit rezolvarea ieftină la încălzire

_Stiri Negre - 14 Nov 2022 05:07:58 - Când o să vedem un Lidl închis pentru infestarea populației? Cu slugile străinătății din Guvernul PSD PNL niciodată

_4 Media Info - 26 Nov 2022 14:50:52 - Unica soluția pentru a salva Republica Moldova este UNIREA

_Norizo Ro - 20 Sep 2022 11:39:41 -PSD și PNL au multa carne la frigider

_Norizo Ro - 01 Nov 2022 14:23:32 -Poanta Zile - Ce descântec a invocat Elon Musk la Bran ?

_Stiri Negre - 22 Nov 2022 16:51:41 - Lidl vinde iaurt infectat

_ Adam Thomas se îmbracă cu soția Caroline la Premiile RTS North West din Manchester

_ Judecător columbian suspendat după ce a apărut pe jumătate gol pe Zoom pentru audiere pe cauțiune

_Stiri Negre - 14 Nov 2022 15:06:46

_Norizo Ro - 21 Sep 2022 19:45:58

_Stiri Negre - 24 Nov 2022 06:32:40 - Cum își bate joc Nicușor în continuare de bucuresteni

_Stiri Negre - 23 Nov 2022 19:52:28

_Stiri Negre - 23 Nov 2022 15:13:29

_Marius Tucă Show - 22 Nov 2022 20:38:36

_Stiri Negre - 24 Nov 2022 10:35:48

_Stiri Negre - 19 Nov 2022 13:32:49

_Stiri Negre - 10 Nov 2022 13:29:06

_4 Media Info - 25 Nov 2022 19:18:45

_Stiri Negre - 24 Nov 2022 19:19:42

_Stiri Negre - 15 Nov 2022 14:48:23

_Stiri Negre - 14 Nov 2022 05:36:28

_4 Media Info - 23 Nov 2022 06:36:02

_4 Media Info - 24 Nov 2022 04:43:22

_ Sunt o celebritate 2022: Mike Tindall este a opta vedetă eliminată

_Norizo Ro - 14 Sep 2022 07:09:11

_Norizo Ro - 20 Sep 2022 09:18:52

_4 Media Info - 23 Nov 2022 18:33:58

_Norizo Ro - 08 Sep 2022 14:18:42

_4 Media Info - 22 Nov 2022 20:35:24

_ Doi băieți, de 16 ani, înjunghiați până la moarte la Greenwich

_ Nick Knowles, 60 de ani, iese cu iubita Katie Dadzie, 32 de ani, și prietena Charlotte Kirk, 30 de ani

_Stiri Negre - 23 Nov 2022 15:50:30

_Marius Tucă Show - 24 Nov 2022 20:35:32

_Norizo Ro - 06 Oct 2022 12:06:35

_Norizo Ro - 26 Sep 2022 11:50:44

_4 Media Info - 23 Nov 2022 12:58:18

_Marius Tucă Show - 21 Nov 2022 20:49:43

_Stiri Negre - 11 Nov 2022 20:14:08

_ Doi fani Angliei „forțați să se dezbrace de poliția din Qatar” după ce s-au îmbrăcat în cruciați

_Marius Tucă Show - 17 Nov 2022 20:24:06

_Stiri Negre - 12 Nov 2022 06:47:29

_Stiri Negre - 15 Nov 2022 15:57:08

_ Fanii Angliei dau vina pe „blestemul ITV” pentru egalul sumbru al celor trei lei împotriva SUA la Cupa Mondială din Qatar

_4 Media Info - 25 Nov 2022 10:01:59

_Stiri Negre - 16 Nov 2022 06:34:33

_ Bărbat, 28 de ani, este scos din Golful Mexic după 15 ORE când a căzut de pe Carnival Cruise

_Stiri Negre - 17 Nov 2022 07:02:28


Pag.1 Pag.2 Pag.3 Pag.4 Pag.5 Pag.6 Pag.7
Pag.8 Pag.9 Pag.10 Pag.11 Pag.12 Pag.13 Pag.14 Pag.15
Pag.16 Pag.17 Pag.18 Pag.19

Nr. de articole la aceasta sectiune: 1097, afisate in 19 pagini.