Chaos, který vás udrží v teple: Výzkumníci zlepšují tepelnou izolaci pomocí úmyslného chaosu

Calling All Cars: Crime v. Time / One Good Turn Deserves Another / Hang Me Please (Duben 2019).

Anonim

Prášek je extrémně vhodný pro tepelnou izolaci, když je v něm malá směs různých nanočástic. To objevila výzkumná skupina na univerzitě v Bayreuthu vedená prof. Dr. Markusem Retschem. Vědci byli schopni určit, jak je tepelná vodivost prášku ovlivněna pořádáním a chaosem ve svých součástech. Publikují své poznatky v časopise Advanced Materials.

Výchozím bodem výzkumu byly fototonické krystaly, které se přirozeně vyskytují u různých druhů hmyzu. Například, oni jsou zodpovědní za barevný, třpytivý vzhled křídel motýlů. Takové krystaly se snadno reprodukují v laboratoři za použití polymerních nanočástic. Mají jemnou, pravidelnou a stabilní strukturu. Účinek této dobře uspořádané struktury spočívá v tom, že je obtížné protékat teplo přes krystaly. Tepelná vodivost je nízká.

Vědci z Bayreuthu nyní zjistili, že materiály mohou být vyrobeny z takových nanočástic, které vykazují tepelnou vodivost, která je dokonce mnohem nižší. Tyto materiály jsou směsi v práškové formě: krystalický řád je tak nahrazen chaosem a přetrvává příjemná souhra barev. Zatímco každá z částic ve vnitřku fotonických krystalů je obklopena přesně dvanácti částicemi v bezprostředním okolí, počet přímo sousedních částic ve směsi je nekonzistentní v celém textu. V důsledku toho musí teplo přecházet okruhem, čímž je obtížnější proniknout do směsi. Průtok z teplé strany na studenou stranu v chaotické struktuře není pro teplo tak snadné, jako v dobře uspořádaných krystalech.

Pro úplné objasnění těchto vztahů využil Prof. Dr. Markus Retsch a jeho tým kombinace laboratorních experimentů a počítačových simulací. To jim umožnilo podrobně zkoumat, jak složení směsi částic ovlivňuje tok tepla. Nejvyšší izolační efekt je dosažen smícháním velkého množství malých částic s menšími částicemi. Vedle míšovacího poměru hraje důležitou roli také rozdíl v velikosti mezi těmito dvěma typy částic.

"Vytváření reprodukovatelného chaosu a jeho popis pomocí simulací není tak snadné, jak to zní, " vysvětlil profesor Retsch o výzvách této studie. "Bylo možné porovnat pouze experimentální výsledky s počítačovými simulacemi, protože jsme smíchali nanočástice, jejichž chování dokážeme velmi dobře řídit, " řekl. Tímto způsobem vědci na univerzitě v Bayreuthu získali podrobné informace o rozložení tepla v nesrovnatelných materiálech. Tato zjištění jsou vysoce relevantní pro mnoho aplikací, zejména v oblasti tepelné izolace. Například mohou přispět ke zlepšení tepelné izolace hromadných prášků. Poskytují však také cenné stopy pro technické aplikace, které naopak spoléhají na rychlé a vysoce kontrolovatelné rozptylování tepla. Tak je tomu například při optimalizaci průmyslových procesů slinování, při kterých se roztaví drobné částice prášku. Klíčem je přesně regulovat teplotu v bodech tavení, což je možné díky lepšímu rozptylu.

menu
menu