ماده‌ای جدید رکورد هدایت گرما را در هم شکست

هدایت ۳ برابر سریع‌تر از هر فلز دیگر

کد خبر: ۸۳۰۶۲۹

تاریخ: ۰۸ بهمن ۱۴۰۴ - ۱۱:۳۴

ماده‌ای که به تازگی کشف شده است، گرما را تقریبا ۳ برابر سریع‌تر از هر فلز دیگری هدایت می‌کند.

به گزارش ایران اکونومیست؛ سرورهای مراکز داده، تلفن‌های هوشمند قدرتمند و مادربرد رایانه یک وجه مشترک دارند. وقتی این دستگاه‌ها خیلی داغ می‌شوند، عملکردشان آسیب می‌بیند و این برای ما مناسب نیست. به همین دلیل است که از مس برای ساخت آنها استفاده می‌شود: این فلز رسانایی حرارتی بالایی دارد، به این معنی که می‌تواند گرما را به طور مؤثر حمل کرده و آن را در سطح خود پخش کند.

مس در حال حاضر در این زمینه بسیار خوب عمل می‌کند. با رسانایی حرارتی تقریبا ۴۰۱ وات بر میلی‌کلوین در دمای اتاق، تنها با اختلاف کمی پس از نقره در رتبه دوم قرار دارد، در حالی که تهیه آن بسیار ارزان‌تر است. اما مهندسان هوافضا در دانشگاه کالیفرنیا، لس‌آنجلس (UCLA) ماده‌ای را کشف کرده‌اند که با رسانایی حرارتی تقریبا سه برابر، از این دو فلز پیشی می‌گیرد.

نیترید تانتالیوم فاز تتا فلزی، رسانایی حرارتی فوق‌العاده بالایی معادل ۱۱۰۰ وات بر میلی‌کلوین از خود نشان می‌دهد، به این معنی که در انتقال گرما بسیار کارآمدتر از مس و نقره است. رسانایی آنها توسط برهمکنش‌های قوی بین الکترون‌های آزاد و ارتعاشات اتمی به نام فونون‌ها محدود می‌شود.

این اسم به ساختار کریستالی خاصی از این ترکیب فلزی اشاره دارد که خواص خاصی دارد شبیه به اینکه کربن را می‌توان به شکل گرافیت نرم و همچنین الماس سخت یافت.

محققان با استفاده از روش‌های تجزیه و تحلیل ساختار مولکولی مانند پراکندگی اشعه ایکس مبتنی بر سنکروترون و طیف‌سنجی نوری فوق سریع، برهمکنش‌های الکترون-فونون غیرمعمول ضعیفی را در این پیکربندی خاص از نیترید تانتالوم یافتند. این امر امکان جریان گرمای فوق‌العاده کارآمد از طریق ماده را با مقاومت بسیار کمتر فراهم می‌کند که بسیار فراتر از چیزی است که در مس و نقره می‌بینیم.

یونگجی هو، استاد دانشکده مهندسی ساموئلی دانشگاه کالیفرنیا برکلی که رهبری این مطالعه را بر عهده داشت، توضیح داد: با پیشرفت سریع فناوری‌های هوش مصنوعی، تقاضا برای دفع گرما، فلزات مرسوم مانند مس را به مرزهای عملکردشان می‌رساند و وابستگی شدید جهانی به مس در تراشه‌ها و شتاب‌دهنده‌های هوش مصنوعی به یک نگرانی اساسی تبدیل می‌شود.

این ماده فلزی می‌تواند جایگزین مطلوبی برای مس باشد نه فقط برای رایانه‌ها و سخت‌افزار هوش مصنوعی، بلکه برای سیستم‌های هوافضا و رایانه‌های کوانتومی که نیاز به خنک شدن مداوم دارند.