محققان دانشگاه پکن به تازگی یک مادۀ محافظ پیشرفته برای دستگاه‌های الکترونیکی ساخته‌اند که مدیریت حرارتی، تبدیل حرارتی-خورشیدی و جذب مایکروویو را بهبود می‌بخشد و نویدبخش بهبود عملکرد و ایمنی در دستگاه‌های الکترونیکی پیچیده است.
به گزارش تک‌ناک، همواره دستگاه‌های الکترونیکی تکامل می‌یابند و برای انجام مجموعه‌ای از عملکردها طراحی و پیچیده می‌شوند، این پیچیدگی در موارد روزمره مانند: تلفن‌های هوشمند، تبلت‌ها و ساعت‌ها، همچنین در دستگاه‌های صنعتی مشهود است. امّا این پیچیدگی افزایش یافته، می‌تواند باعث نگرانی عملکرد و ایمنی شود. مسائلی مانند داغ شدن بیش از حد دستگاه یا انتشار امواج مایکروویو، نه تنها ممکن است خطراتی برای سلامتی ایجاد کند، بلکه عملکرد دستگاه‌ها را کاهش دهد و عملکرد دستگاه‌های دیگر را مختل می‌کند.
به تازگی دانشمندان چینی از نرمال پکن بر روی ساخت محافظ برای دستگاه‌های الکترونیکی با استفاده از مواد تغییر فاز مرکب چند منظوره (PCM) کار کرده‌اند تا به این مشکلات عملکردی رسیدگی کنند. PCMها مواد ساخته شده توسط انسان هستند، که با ترکیب انواع مختلف عناصر ساخته می‌شوند و امکان ایجاد یک مادۀ جدید با ویژگی‌های هدف محور و بسیار خاص را فراهم می‌کنند. در این مورد، محققان به دنبال بهبود مدیریت حرارتی، تبدیل حرارتی-خورشیدی و جذب مایکروویو در دستگاه‌های الکترونیکی هستند.
آنها با استفاده از مهندسی سیستم‌های بیولوژیکی، یک آیروژل (ماده‌ای که از تعلیق حباب‌های کوچک گاز در مایعات یا جامدات به دست می‌آید) الهام گرفته از شبکه عصبی ساختند، که کارایی مدیریت حرارتی و جذب انتشار امواج مایکروویو را افزایش می‌دهد.
یافته‌ها و کاربردهای تحقیق
شیائو چن، یکی از محققان این مطالعه گفت: PCMهای مرکب، یکپارچه و عملکردی توسعه‌یافتۀ ما، یک کاربرد آینده‌نگر از دستگاه‌های الکترونیکی بسیار یکپارچه و کوچک شده در محیط‌های پیچیده و قابل تغییر در فضای باز ارائه می‌کنند.
این تحقیق 3 آوریل در مجلۀ Nano Energy Research منتشر شد.
محققان برای اطمینان از داشتن ویژگی‌های لازم، یعنی مدیریت حرارتی که اتلاف گرما و ذخیره‌سازی گرما را بهینه می‌کند، همچنین تبدیل حرارتی-خورشیدی که به دستگاه‌ها اجازه می‌دهد برای راه‌اندازی عادی در محیط‌های سرد، گرم شوند و جذب مایکروویو، با دقت بسیار عناصری را انتخاب کردند که در محافظ آیروژل جدید خود گنجانده می‌شود. با توجه به محدودیت‌های فضایی، آنها نمی‌توانستند مواد مختلف را لایه‌بندی کنند، بنابراین نیاز به ایجاد یک مادۀ کامپوزیت جدید با تمام ویژگی‌های لازم بود.
ترکیب و خصوصیات مواد
یانگ لی، نویسندۀ اول این مقاله نیز عنوان کرد: محققان همواره می‌دانستند که PCMهای افزایش حرارت یافته، توانایی ذخیره و آزادسازی یک انرژی عظیم به‌عنوان گرمای نهان را دارند و به‌طور گسترده‌ای به دلیل توانایی کنترل دقیق دما مورد تأیید قرار گرفته‌اند.
این کامپوزیت‌ها می‌توانند با افزایش دما از جامد به مایع دستخوش تغییر فاز شوند که ذخیرۀ گرمای موجود را افزایش می‌دهند و هنگامی که دما سرد می‌شود، مایع به حالت جامد برمی‌گردد. با وجود این، در حالی که PCMهای خالص در تبدیل حرارتی خورشیدی امیدوار کننده نیستند، امّا «سلولز باکتریایی (BC)» به عنوان یک منبع طبیعی بسیار مطلوب، به دلیل مزایای بسیار زیادش از جمله قابل تجزیه بودن، هزینه پایین، خالص بودن بالا، قابلیت تجدید، قابلیت تغییر آسان و عملکرد عالی، مطلوب است. نانوالیاف کربن مشتق از BC از طریق کربن‌سازی در دماهای بالا به عنوان یک مادۀ حرارتی-خورشیدی امیدوارکننده در نظر گرفته می‌شود.
جی وانگ، یکی دیگر از محققان این مطالعه بیان کرد: علاقه به جذب مایکروویو به دلیل تخلخل استثنایی، ساختار منافذ قابل تنظیم و سطح ویژۀ بالا، بر چارچوب‌های فلزی-آلی متمرکز شده است. مطالعات متعدد نشان داده‌اند که ساختار شبکه متخلخل نه تنها سطح ویژه و بزرگی را برای جذب PCM فراهم می‌آورد، بلکه انرژی مایکروویو را از طریق پراکندگی یا بازتاب‌های متعدد تلف می‌کند.
در نهایت این ماده در موم پارافین قرار گرفت، که به عنوان یک روش ذخیره‌سازی حرارتی می‌تواند تحت تغییر فاز باشد. سپس مادۀ نهایی آزمایش شد تا مشخص شود که آیروژل ترکیبی تا چه حد ویژگی‌های مورد نظر را حفظ می‌کند.
هنگام آزمایش تبدیل حرارتی-خورشیدی برای تعیین اینکه کامپوزیت در چه حد می‌تواند انرژی خورشیدی را برای گرم کردن دستگاه در آب و هوای سردتر ذخیره کند، PCMهای کامپوزیت مبتنی بر آیروژل بیش از 90 درصد جذب پهنای باند و طیف نور کامل را از خود نشان دادند. این کامپوزیت‌ها انرژی خورشیدی را با بازدهی بیش از 95 درصد به انرژی حرارتی تبدیل کردند و ظرفیت ذخیرۀ حرارتی 122.19 J/g را نشان دادند. در نهایت، هنگامی که جذب مایکروویو مورد آزمایش قرار گرفت، امواج الکترومغناطیسی فرودی به‌طور مؤثر توسط PCMهای مرکب مبتنی بر آیروژل جذب شدند.
محققان به این نتیجه رسیدند که PCMهای کامپوزیتی یکپارچه مبتنی بر آیروژل با کارایی بالا و با عملکرد مدیریت حرارتی، تبدیل حرارتی-خورشیدی و جذب مایکروویو، کاربرد آینده‌نگر و خوبی در غلبه بر گرمای بیش از حد یا بیش از حد سرد کردن و EMI دستگاه‌های الکترونیکی دارد.
