纳米尺度下光传导热的效率可极大提高
近日发表在《自然纳米技术》上的一篇工作中,来自哥伦比亚大学、康奈尔大学和斯坦福大学的研究人员将热传导效率提高了100倍以上,仅仅通过使两个物体之间的距离足够近,到纳米量级就可以实现。该工作是由哥伦比亚大学的Michal Lipson和斯坦福大学的工程师Shanhui Fan领导完成的,小组采用自定制的超高精度微机械平移控制器控制物体之间的距离,二者之间通过光进行热传导的幅值是目前已报道的最大值。
图1:两束具有不同温度的光束之间交换热量的示意图。当光束之间距离很远时(上图),热辐射引起的热传导很小。但是当两光束足够近(底部),热传导比热辐射定律得出的幅值要大将近100倍。
Lipson指出,当二者之间的间隔小至40nm时,与经典定律推导得出的值相比,热传导能够增加将近100倍。这非常振奋人心,因为光可以作为一个主要的热传导方式,而通常热传导是通过传导或对流。其它的研究人员之前也开展过在纳米尺度上采用光进行热传导的工作,但是我们是第一次将这种现象用于能源领域,例如通过光伏电池直接将热转化为电。
他们采用高精度的微机电系统(MEMS)控制光束之间的距离,并且探索在高应力情况下提高纳米光束的稳定性方法从而使热屈曲效应最小,这样即使在热梯度很大的情况下也能控制二者相距距离为纳米尺度。他们可以在温度差高至260℃的情况下进行重复性的实验,这一温度差值对于能量转化应用非常重要,因为传统情况下,转化效率总是正比于温度差值的。
这一结果意味着我们可以采用控制光相同的技术来控制热流,这非常有意思,因为目前有多种操控光的方法,例如通过光伏电池直接将光转化为电。研究人员目前将他们的技术用于超高精度位移控制,这次是想通过光伏电池将热直接转化为电。如果可以成功的话,这一模块可以用于汽车中,将废热转化成有用的电能,还可以将它用于家里获取电能。
来源:LabBang资讯