כתוצאה מהתכנון הביוני של PCMs מרוכבים דמויי רשת נוירונים מבוססי אירוג'ל, הן ספיגת המיקרוגל והן הניהול התרמי מוגברים, ובאקלים קר יותר ניתן להשתמש בהמרה תרמית סולארית לחימום מכשירים להפעלה רגילה ולשמירה המכשיר קרוב יותר לטמפרטורת ביצועים אופטימלית. קרדיט: אוניברסיטת בייג'ינג רגילה והאוניברסיטה למדע וטכנולוגיה בייג'ינג
חוקרים מאוניברסיטת בייג'ינג רגילה פיתחו חומר מיגון מתקדם למכשירים אלקטרוניים המשפר את הניהול התרמי, המרה תרמית סולארית וספיגת מיקרוגל, מראה הבטחה בשיפור הביצועים והבטיחות באלקטרוניקה מורכבת.
ככל שהמכשירים האלקטרוניים מתפתחים, הם מתוכננים לבצע מגוון גדל והולך של פונקציות, אשר ניכר בפריטים יומיומיים כמו טלפונים, טאבלטים ושעונים, כמו גם במכשירים תעשייתיים. עם זאת, מורכבות מוגברת זו עלולה לגרום לדאגות ביצועים ובטיחות. בעיות כמו התחממות יתר של המכשיר או פליטת מיקרוגל עלולות לא רק להוות סיכונים בריאותיים אלא גם להפחית את הביצועים ולשבש את תפקודם של מכשירים אחרים.
מדענים סינים מאוניברסיטת בייג'ינג רגילה עבדו על בניית מיגון עבור מכשירים אלקטרוניים באמצעות חומרים מרוכבים לשינוי שלב רב-תכליתי (PCM) כדי לטפל בבעיות ביצועים אלו. PCMs הם חומרים מעשה ידי אדם שנבנו על ידי שילוב סוגים שונים של אלמנטים, המאפשרים יצירת חומר חדש עם מאפיינים מונעי מטרה מאוד ספציפיים. במקרה זה, החוקרים מחפשים לשפר את הניהול התרמי, המרה תרמית סולארית וספיגת מיקרוגל במכשירים האלקטרוניים.
תוך שימוש בהנדסה בהשראת מערכות ביולוגיות, עיצוב ביוני, הם בנו אווירג'ל בהשראת רשת עצבית המגביר את היעילות של ניהול תרמי וספיגת פליטת מיקרוגל.
ממצאי מחקר ויישומים
"מחשבי PCM מרוכבים משולבים פונקציונליים שפותחו שלנו מספקים יישום פרוספקטיבי של מכשירים אלקטרוניים משולבים וממוזערים מאוד בסביבות חיצוניות מורכבות וניתנות לשינוי", אמר Xiao Chen, חוקר מהמכון לחומרים מתקדמים, אוניברסיטת בייג'ינג רגילה, סין.
מחקר זה פורסם ב-3 באפריל ב מחקר ננו אנרגיה.
כדי להבטיח שיש לו את המאפיינים הדרושים – ניהול תרמי משופר המייעל פיזור חום ואגירת חום, המרה סולארית-תרמית המאפשרת להתחמם להתקנים להפעלה רגילה בסביבות קרות וספיגת מיקרוגל – בחרו החוקרים בקפידה רבה את האלמנטים ישולבו במגן האיירגל החדש שלהם. בהתחשב במגבלות המקום, הם לא יכלו לשכב את החומרים השונים, ולכן הם היו צריכים ליצור חומר מרוכב חדש עם כל התכונות הנדרשות.
הרכב חומר ומאפיינים
החוקרים ידעו כי "ל-PCM משופרים מבחינה תרמית יש את היכולת לאגור ולשחרר אנרגיה מסיבית כחום סמוי, הם זוכים להכרה רחבה בזכות היכולת להבטיח בקרת טמפרטורה מדויקת", אמר יאנג לי, המחבר הראשון של המאמר וחוקר במכון של חומרים מתקדמים, אוניברסיטת בייג'ינג רגילה, בייג'ינג, סין. חומרים מרוכבים אלה יכולים לעבור שינוי פאזה כאשר הטמפרטורה עולה ממוצק לנוזל, מה שמגדיל את אחסון החום הזמין, וכאשר הטמפרטורה מתקררת הנוזל חוזר למוצק. עם זאת, בעוד ש-PCMs טהורים אינם מבטיחים הבטחה בהמרה תרמית סולארית, "תאית חיידקית (BC) היא ביומסה טבעית רצויה ביותר בשל יתרונותיה הרבים, כולל התכלות ביולוגית, עלות נמוכה, טוהר גבוה, התחדשות, שינוי קל ופונקציונליות. ננו-סיבי פחמן שמקורו ב-BC באמצעות פחמול בטמפרטורה גבוהה נחשב לחומר סולארי-תרמי מבטיח".
אלמנט נוסף ישמש לטיפול בסוגיית פליטת מיקרוגל. "העניין האחרון בספיגת מיקרוגל התמקד במסגרות מתכת-אורגניות בשל הנקבוביות יוצאת הדופן, מבנה הנקבוביות המתכוונן ושטח הפנים הספציפי הגבוה שלהן", אמר Ge Wang, מבית הספר למדע והנדסת חומרים, האוניברסיטה למדע וטכנולוגיה בייג'ינג. חרסינה. "מחקרים רבים הוכיחו שמבנה רשת נקבובי לא רק מספק שטח פנים ספציפי גדול לקליטת PCMs, אלא גם מפזר אנרגיית מיקרוגל באמצעות פיזור או השתקפויות מרובות."
לבסוף, החומר היה עטוף בשעווה פרפין, שיכולה לעבור שינוי פאזה, כשיטת אחסון תרמי. לאחר מכן נבדק החומר הסופי כדי לראות עד כמה הג'ל ההיברידי המרוכב שמר על המאפיינים הרצויים.
בעת בדיקת המרה תרמית סולארית כדי לקבוע באיזו מידה יכול החומר המרוכב לאחסן אנרגיית שמש לחימום מכשיר באקלים קר יותר, ה-PCM המרוכבים מבוססי אירוג'ל הראו ספיגה של למעלה מ-90% של פס רחב וספקטרום האור המלא. הוא המיר אנרגיה סולארית לאנרגיה תרמית ביעילות של יותר מ-95% והראה קיבולת אחסון תרמית של 122.19 J/g. לבסוף, כאשר נבדקה ספיגת המיקרוגל, הגלים האלקטרומגנטיים המתרחשים נספגו ביעילות על ידי ה-PCM המרוכבים המבוססים על אירוג'ל.
החוקרים סיכמו: "מחשבי PCM מרוכבים מבוססי אירוג'ל משולבים בעלי ביצועים גבוהים ופונקציונליים המיוצרים באופן ביוני עם פונקציות ניהול תרמי, המרה תרמית סולארית וספיגת מיקרוגל מראים יישום פרוספקטיבי טוב להתגבר על התחממות יתר או קירור יתר ו-EMI של מכשירים אלקטרוניים", אמר שיאו צ'ן. .
עבודה זו נתמכה כלכלית על ידי הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין.
