پژوهشگران با استفاده از دیود حرارتی یکطرفه امکان کنترل دقیق دما و بهبود عمر باتریها و سختافزار هوش مصنوعی را فراهم کردهاند.
به گزارش سرویس فناوری تکناک، پژوهشگران دانشگاه هیوستون موفق به کشف روش جدیدی برای هدایت حرارت در یک جهت مشخص شدهاند، که مهندسان را قادر میسازد کنترل بیسابقهای بر دمای دستگاهها داشته باشند. این تکنیک که با نام «حرارت یکطرفه» یا Thermal Rectification شناخته میشود، میتواند عمر باتری تلفنهای همراه، خودروهای الکتریکی و ماهوارهها را افزایش دهد و بهبود چشمگیری در بهرهوری مراکز داده هوش مصنوعی ایجاد کند. این نوآوری مشابه عملکرد دیود در الکترونیک است؛ انرژی میتواند به جلو حرکت کند، اما جریان بازگشتی آن به طور کامل مسدود میشود. این پیشرفت، چالش بزرگ مدیریت حرارت را در الکترونیک و سیستمهای انرژی برطرف میکند؛ جایی که گرما معمولا به تمامی جهات منتقل و باعث داغ شدن و کاهش عملکرد میشود.
برای مطالعه بیشتر: بزرگترین چالش ذخیرهسازی حرارت با هواژل کربنی زیستپایه رفع شد
پژوهشگران با استفاده از مواد نیمهرسانا تحت میدان مغناطیسی، نحوه حرکت انرژی در مقیاس میکروسکوپی را تغییر دادند. نتیجه، کنترل دقیق تابش حرارت است که گامی مهم در مدیریت حرارت در محیطهای پرتنش محسوب میشود. بو ژائو، استادیار مهندسی مکانیک و هوافضا گفت: «این فناوری برای مدیریت حرارت و طراحی سیستمهای کنترل جریان تابشی گرما بسیار کاربردی خواهد بود.» وی تصریح کرد: «به عنوان مثال، باتری تلفن همراه میتواند در دمای مطلوب باقی بماند بدون اینکه در محیطهای بسیار گرم بیش از حد داغ شود.»
حتما بخوانید: فناوری الهامگرفته از مارها، دید حرارتی 4K را به دوربین میآورد
دیود حرارتی یکطرفه و مدیریت نوآورانه آن
فراتر از کنترل ساده جریان حرارت، تیم ژائو در حال توسعه دستگاهی به نام «سیرکولاتور» است که حرارت تابشی را در یک حلقه پیوسته هدایت میکند. ژائو توضیح داد: «یک طرف داغ، یک طرف سرد و یک بخش میانی وجود دارد.» وی تصریح کرد: «اگر یک مثلث در نظر بگیریم، هدف این است که حرارت به صورت خلاف عقربههای ساعت از سطح یک به سطح دو و سپس از سطح دو به سطح سه منتقل شود، بدون اینکه از سطح دو به یک بازگردد؛ این در واقع یک حلقه حرارتی ایجاد میکند.» همچنین پژوهشها به هدایت حرارت از طریق رسانایی (conduction) گسترش مییابد و پل ارتباطی بین کارهای نظری و کاربردهای عملی در الکترونیک روزمره ایجاد میکند. مطالعهای مکمل نشان میدهد که رسانایی حرارتی نامتقارن در مواد میتواند هدایت حرارت را یکطرفه کند و راهحلی موثر برای میکروچیپها و باتریهای با عملکرد بالا ارائه دهد.
بیشتر بخوانید: دانشمندان ژاپنی آلیاژ آلومینیوم مقاوم در برابر حرارت ساختند + ویدیو
فناوری دیود حرارتی یکطرفه در سیستمهای فضایی نیز کاربرد دارد، جایی که ماهوارهها باید حرارت داخلی را کنترل کنند و همزمان در برابر تابش مداوم خورشید مقاومت نمایند. در نتیجه این امکان را فراهم میکند که حرارت داخلی از تجهیزات خارج شود و ورود حرارت خارجی مسدود گردد، در نهایت قابلیت اطمینان افزایش و خطر داغ شدن کاهش مییابد. همچنین ژائو تاکید کرد که سختافزارهای هوش مصنوعی که گرمای زیادی تولید میکنند، میتوانند از این فناوری بهرهمند شوند و مراکز داده هوش مصنوعی آینده را کارآمدتر و پایدارتر کنند. وی گفت: «این فناوری بسیار جدید است و تاکنون کسی آن را عملی نکرده است؛ بنابراین ما بسیار هیجانزده هستیم.» تاکنون این مفاهیم به صورت نظری نشان داده شدهاند و این تیم در نظر دارد پلتفرمهای آزمایشی برای به نمایش گذاشتن عملکرد عملی این نوآوری ایجاد کند، که میتواند تاثیرات گستردهای بر فناوریهای مصرفی، خودروهای الکتریکی و سیستمهای انرژی داشته باشد.
این مطالعات در Physical Review Research منتشر شدهاند.
