Nanotutkijat löysivät optimaalisen reikärakenteen, joka estää lämmön johtumista

Lämmön kontrollointiin liittyvät sovellukset ovat tärkeässä osassa esimerkiksi lämmön konvertoinnissa suoraan sähköksi sekä jäähdyttimien ja herkkien säteilyilmaisimien kehitystyössä.

Tutkimuksessa reikärakenteena käytettiin alle mikrometrin paksuisiin eristelevyihin (piinitridi) valmistettuja kahdessa suunnassa jaksollisia reikähiloja. Samanlainen rakenne voitaisiin periaatteessa valmistaa mihin tahansa muuhunkin materiaaliin. 

Tutkimuksessa havaittiin, että on olemassa optimaalinen jaksollinen rakenne, joka minimoi lämmönjohtavuuden ennätysmatalalle tasolle.  Siinä reiät ovat noin 10 mikrometrin etäisyydellä toisistaan.
Työssä havaittiin myös, että jos reikien sisäpinnat saataisiin valmistettua atomaarisen tason sileydellä, voitaisiin lämmön siirtymistä estää vielä voimakkaammin entistä isommilla rakenteilla.
 
”Löydettyjä tuloksia tullaan jatkossa hyödyntämään NASAn kanssa käynnistyneessä yhteistyöprojektissa, jossa samanlaisia rakenteita lisätään avaruustutkimuksessa käytettäviin herkkiin infrapunailmaisimiin”, sanoo professori Ilari Maasilta.

Tutkimusta rahoitti Suomen Akatemia.

Artikkeli: ”Minimizing Coherent Thermal Conductance by Controlling the Periodicity of Two-Dimensional Phononic Crystals” (Yaolan Tian, Tuomas A. Puurtinen, Zhuoran Geng, and Ilari J. Maasilta), Phys. Rev. Applied 12, 014008 (2019)

Linkki julkaisuun: https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.12.014008

Linkki Jyväskylän yliopiston lämpöilmiöiden nanofysiikan tutkimuksen sivuille: https://www.jyu.fi/science/fi/fysiikka/tutkimus/materiaalifysiikka/lampoilmioiden-nanofysiikka

Lisätietoja:

Professori Ilari Maasilta, ilari.j.maasilta@jyu.fi, +358408054098

Tiedottaja Tanja Heikkinen, tanja.s.heikkinen@jyu.fi, p. 050 5818351

https://www.jyu.fi/science/fi

Facebook: jyuscience Twitter: jyscience