В сфере теплопроводности у бриллиантов появился неожиданный конкурент
Неожиданный материал – кубический арсенид бора – обеспечивает такую хорошую теплопроводность, что может составить реальную конкуренцию дорогостоящим бриллиантам, которые сейчас устанавливают промышленные стандарты теплопроводности, сообщает Nature World News.
Бриллиант, славный своим блеском и популярностью среди ювелиров – это самый известный проводник тепла. Всё более миниатюрные, мощные и скоростные микроэлектронные устройства требуют максимально быстрого удаления выделяемого ими тепла – отсюда важность теплопроводных материалов в современной электронике.
Но качественные синтетические бриллианты сложны и дороги в изготовлении, что и заставляет ученых искать новые материалы со сверхмощной теплопроводностью. Но в этом направлении в последние годы почти ничего не было достигнуто.
Группа физиков-теоретиков из Бостонского колледжа и Военно-морской исследовательской лаборатории США изобрели новый метод оценки, который, по их словам, показал огромный неиспользованный потенциал скромного арсенида бора. Термопроводность этого материала никому и в голову не приходило измерять (считалось, что она в десять раз меньше, чем у бриллианта).
Но теоретические расчеты показали, что по теплопроводности кубический арсенид бора почти догнал бриллиант: она составила более 2000 ваттов на метр на кельвин при комнатной температуре (и еще выше при более высоких температурах).
В отличие от металлов, чьи электроны проводят тепло, бриллиант и арсенид бора – это электроизоляторы, где тепло переносят вибрационные волны атомов. Столкновение этих волн друг с другом создает собственное сопротивление тепловому потоку.
Однако ученые с удивлением обнаружили, что в определенном диапазоне частот столкновений между вибрационными волнами атомов арсенида бора почти не происходит, и как раз тогда возможна проводимость тепла в больших объемах.
«Эта работа открывает новые горизонты в физике теплопередачи в материалах, и иллюстрирует возможности современных вычислительных методов сделать количественные прогнозы относительно веществ, чьи свойства еще предстоит измерить», - рассказывает Дэвид Бройдо (David Broido), профессор физики Бостонского колледжа
Далее ученые собираются проверить правильность своих вычислений на конкретных опытах. В случае успеха их открытие создаст новые возможности для систем пассивного охлаждения.
Данные исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Артём Космарский nauka21vek.ru