Elektromágneses energia felvétele hőkibocsátás nélkül


Elektromágneses energia felvétele hőkibocsátás nélkül

A Duke Egyetem villamosmérnökei létrehozták a világ első, fém felhasználása nélkül készített, elektromágneses metaanyagát.

Elektromágneses energia felvétele hőkibocsátás nélkülAz eszköz képes elnyelni az elektromágneses energiát anélkül, hogy felmelegedne. Alkalmazása sikerrel történhet képalkotás, érzékelés és világítás során.

A metaanyagok olyan szintetikus anyagok, amelyek számos egyedileg megtervezett tulajdonsággal rendelkeznek, melyek együttesen olyan jellemzőket tömörítenek, amik a természetben nem fellelhetőek. Képzeljünk el egy elektromágneses hullámot, ami egy olyan sima felületen halad keresztül, ami több ezer, apró elektromágneses cellával van tele. Ha a kutatók minden egyes cellát képesek lennének aszerint hangolni, hogy az elektromágneses hullám egy előre meghatározott útvonalon haladjon, akkor képesek lennének pontosan megszabni a hullám viselkedését.

Azonban ahhoz, hogy a kutatók manipulálhassák az elektromágneses hullámokat, elektromosságot vezető fémeket kell alkalmazni. Ez a megközelítés, azonban előtérbe helyezi a fémek alapvető problémáját – minél magasabb a fém elektromos vezetőképessége, annál jobban vezeti a hőt is. Ez pedig korlátozza a fémek hasznosságát a hőmérsékletérzékeny eszközök alkalmazásának esetében.

Elektromágneses energia felvétele hőkibocsátás nélkülEgy új tanulmányban a Duke Egyetem villamosmérnökei bemutatták az első teljesen dielektromos (nem fém) elektromágneses metaanyagot – egy hengerekkel tarkított felületet, melyet leginkább a Lego építőkockák felületéhez lehet hasonlítani, melyet arra terveztek, hogy elnyelje a terahertz hullámokat. Ez a speciális tartomány az infravörös hullámok és a mikrohullám között helyezkedik el.

„Az emberek már ezelőtt is hoztak létre ilyenfajta eszközöket, de a dielektrikumokhoz kapcsolható korábbi próbálkozások esetében mindig párosították őket néhány fémmel.” – mondta Willie Padilla, a Duke Egyetem villamosmérnöki és informatikai kar professzora

„Továbbra is szükség van a technológia optimalizálására, de az ösvény néhány megoldás felé sokkal egyszerűbben járható, mint a fém alapú megközelítések felé.”

Padilla és kollégái létrehozták saját, nem fémes metaanyagukat, mely a bór adalékot tartalmazó szilikon.

Számítógépes szimulációkat használva, kiszámolták, hogy a terahertz hullámok hogyan lépnének kölcsönhatásba a különböző magasságú és szélességű hengerekkel.

Ezt követően a kutatók legyártották a több száz, optimalizált hengeres, sorba rendezett sima felület prototípusát. A fizikai tesztek kimutatták, hogy az új metafelület az 1,011 terahertzes hullámok által generált energia 97,5%-át elnyeli. Az elektromágneses hullámok energiájának hatékony elnyelése rendkívül fontos tulajdonság sok eszköz esetében. Például a hőképalkotóeszközök üzemelhetnek a terahertz tartományban, de mivel korábban ezek az eszközök tartalmaztak némi fémet az éles képek készítése kihívást jelentett.

Elektromágneses energia felvétele hőkibocsátás nélkülA hő gyorsan terjed a fémekben, ami problémát jelenthet a hőkamerák számára – nyilatkozta Xinyu Liu, Padilla laboratóriumának doktorandusza, a tanulmány vezető szerzője. „Vannak trükkök arra, miként lehet elkülöníteni a fémet a gyártás során, de az nagyon nehézkes és költséges.”

Az új technológia felhasználható hatékony világításra is. Az izzólámpák és a villanykörték amellett, hogy fényt bocsátanak ki, jelentős mennyiségű felesleges hőt is termelnek, mivel ahhoz, hogy fényt állítsanak elő, magas hőt kell létrehozniuk – sokkal magasabbat, mint a legtöbb fém olvadáspontja.

„Elő tudunk állítani egy dielektromos metafelületet, amely anélkül, hogy felesleges hőt termelne, kifejezetten fény kibocsátásra lett tervezve – mondta Padilla. Bár, már sikerült ezt kiviteleznünk fémalapú metaanyagokkal is, de ahhoz, hogy üzemképes legyen, az egészet magas hőmérsékleten kell működtetni. A dielektromos anyagok olvadáspontja sokkal magasabban van, mint a fémeké, ezért most gyorsan próbáljuk előre mozdítani a technológiát az infravörös irányába, hogy bemutathassuk a világítási rendszert is.”

Previous Alvás és tanulás kutyamódra
Next Óriásvírusokat vizsgálnak az ELTE kutatói

No Comment

Leave a reply

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.