Новое устройство обращает поток тепла вспять

Юки Сато и Сапрадип Нарайана из Гарвардского университета (США) построили устройство, способное перенаправлять поток тепла на 180˚, сообщает «Компьютерра–Онлайн». По словам исследователей, это решение может найти широкое применение в самых разных областях, в том числе, в создании тепловых компьютеров.

Тепло в природе течёт от более горячего тела к более холодному. Для «огибания» теплом объекта, не нуждающегося в нагреве, обычно используют более теплопроводную оболочку, по которой тепло уходит по сторонам от предмета и за него. Гарвардские исследователи решили проверить, что будет, если изогнуть поток теплопроводящих слоёв в противоположном направлении. Для этого они подобрали сложный композитный материал из сорока слоёв, расположенный в упорядоченной структуре.

«Поток тепла, как и электрический ток, должен рассматриваться как что-то, чем можно управлять, манипулировать, контролировать и обрабатывать», — говорит Юки Сато. Созданное устройство учёные называют «тепловым щитом», простейшим прибором, способным манипулировать потоком тепла. Его сорок концентрически расположенных слоёв состоят из резины на базе натурального каучука, вымоченного в бор-нитридной смеси силиконового эластомера.

В экспериментах устройство помещали в теплопроводящее желе, и одна его сторона постоянно оставалась тёплой, а другая — холодной. Температурный градиент по длине устройства, исследованный при помощи ИК-камеры, оказался очень необычным: тепло почти совсем не проходило по «тепловому щиту» даже при сильном нагреве.

Во время опытов применялись слои из тех же материалов, расположенные воронкой, — для концентрации тепла в одной, центральной области желе. В итоге учёные добились нагрева устройства, хотя соседние области желе, находящиеся за «тепловым щитом», оставались холодными.

Наконец, исследователи попробовали «скрутить» устройство, складывая слои как в «перекрученной швабре». И именно в этом эксперименте им впервые удалось развернуть тепловой поток в направлении, прямо противоположном его естественному течению.

По словам авторов изобретения, помимо тех областей, где необходима высокая степень теплоизоляции небольших объектов, окружённых со всех сторон тепловыделяющими предметами (радиоэлектроника и тому подобное), новый подход к управлению потоком тепла может пригодиться при создании «тепловых компьютеров». В этих устройствах повышение или понижение температуры на одной стороне «транзистора» (посредством термоэлектрических материалов) будет приводить к переключению управляемого потока тепла в нужном направлении. Это и будет соответствовать логической операции, поясняет ScienceNOW.