@ 2017.04.08 , 17:00

最耐热:能在326摄氏度下运行的计算机元件

研究者发明了迄今为止最热的热二极管,能在326摄氏度的温度下运行。热二极管可作为未来热计算机的组成元件,能在当今电子计算机很快过热并停机的温度下运行。

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扫描电镜照片及图示

内布拉斯加大学林肯分校机械与材料工程系助理教授Sidy Ndao和研究生Mahmoud Elzouka已将相关工作发表在近期的科学报道杂志上。

Ndao说道:“我们已经证实该未来热计算机的组成元件能在十分高的温度下工作。某些从事电子冷却研究的人有时候可能会想‘要是完全停止冷却电子设备会怎么样?’与电子工业不同,纳米热机(NanoThermoMechanical)存储和逻辑设备使用热能驱动来记录和处理数据,因此能在传统电子失效的严苛环境中运行。比如探索平均温度超过400摄氏度的金星,以及为了石油和地热能进行深入地球的钻探。同样重要的是该项技术提供了随着热电池发展,进行废热回收的可能。”

热二极管的功能是使热单方向流动,类似于电二极管仅允许电流单方向通过。这种控制热流方向的能力使得二极管能产生两种不同等级的信号,形成0和1二值逻辑的基础。

新型热二极管通过控制两个平面的间距实现热流的两个不同等级:一个移动端和一个固定端。研究者展示了通过改变两端的相对温度,能改变两者之间的间距,从而改变传导热能的总量,而这反过来又依赖于热量流动方向。

这是首次利用四个因素之间的关系制造热二极管——温度,间距,热传导速率及热传导方向。

整个设备由24对移动和固定端组成,以及两个铂膜微加热器独立控制和测量每对端子的温度。当固定端的温度高于移动端,间距变大,热传导速率降低。当移动端温度高于固定端,移动端靠近固定端,间距减小,热传导速率上升。

在此规模下,热传递通过近场热辐射的过程发生,其中的物理原理主要是两个紧邻平面之间的倏逝波隧道。这是首次在高温下利用近场热辐射操作热二极管,曾经由于控制纳米尺度间隔的技术挑战难以实现。

测试显示该热二极管能在高达326摄氏度的温度下运行,并且研究者期望通过优化设计能在更高的温度下运行。

该方法的另一个好处是该热二极管很容易实现,无需特殊材料,而是使用半导体工业中也有的标准技术。

本文译自 phys,由译者 CliffBao 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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