Teknologi prototipe menyusut AI untuk menghadirkan fungsionalitas seperti otak dalam satu perangkat yang kuat - ScienceDaily
Top News

Para peneliti menemukan mengapa kristal yang sempurna tidak pandai menghantarkan panas, meskipun seharusnya begitu – ScienceDaily


BaTiS padat kristal3 (barium titanium sulfide) sangat buruk dalam menghantarkan panas, dan ternyata atom titanium bandel yang ada di dua tempat pada waktu yang sama adalah penyebabnya.

Penemuan, yang dibuat oleh para peneliti dari Caltech, USC, dan Laboratorium Nasional Oak Ridge Departemen Energi (ORNL), diterbitkan pada 27 November di jurnal. Komunikasi Alam. Ini memberikan wawasan tingkat atom yang mendasar tentang sifat termal yang tidak biasa yang telah diamati pada beberapa bahan. Pekerjaan ini menjadi minat khusus bagi para peneliti yang mengeksplorasi potensi penggunaan padatan kristal dengan konduktivitas termal yang buruk dalam aplikasi termoelektrik, di mana panas secara langsung diubah menjadi energi listrik dan sebaliknya.

“Kami telah menemukan bahwa efek mekanika kuantum dapat memainkan peran besar dalam mengatur sifat transpor termal material bahkan dalam kondisi yang familiar seperti suhu ruangan,” kata Austin Minnich, profesor teknik mesin dan fisika terapan di Caltech dan penulis koresponden dari the Komunikasi Alam kertas.

Kristal biasanya bagus dalam menghantarkan panas. Menurut definisi, struktur atomnya sangat teratur, yang memungkinkan getaran atom – panas – mengalir melalui mereka sebagai gelombang. Kacamata, sebaliknya, sangat buruk dalam menghantarkan panas. Struktur internal mereka tidak teratur dan acak, yang berarti bahwa getaran melompat dari atom ke atom saat mereka melewatinya.

BaTiS3 termasuk dalam kelas bahan yang disebut kalkogenida terkait Perovskit. Jayakanth Ravichandran, asisten profesor di Departemen Teknik Kimia dan Ilmu Material Keluarga Mork USC Viterbi, dan timnya telah menyelidiki sifat optik mereka dan baru-baru ini mulai mempelajari aplikasi termoelektrik mereka.

“Kami punya firasat bahwa BaTiS3 akan memiliki konduktivitas termal yang rendah, tetapi nilainya ternyata rendah secara tidak terduga. Studi kami menunjukkan mekanisme baru untuk mencapai konduktivitas termal yang rendah, jadi pertanyaan berikutnya adalah apakah elektron dalam sistem mengalir mulus tidak seperti panas untuk mencapai sifat termoelektrik yang baik, “kata Ravichandran.

Tim menemukan BaTiS itu3, bersama dengan beberapa padatan kristal lainnya, memiliki konduktivitas termal “seperti kaca”. Konduktivitas termalnya tidak hanya sebanding dengan konduktivitas kaca yang tidak teratur, tetapi sebenarnya konduktivitasnya semakin buruk seiring dengan turunnya suhu, yang merupakan kebalikan dari kebanyakan bahan. Faktanya, konduktivitas termalnya pada suhu kriogenik adalah salah satu yang terburuk yang pernah diamati dalam padatan padat penuh (tidak berpori).

Tim menemukan bahwa atom titanium di setiap kristal BaTiS3 ada dalam apa yang dikenal sebagai potensi sumur ganda – yaitu, ada dua lokasi spasial dalam struktur atom yang diinginkan atom. Atom titanium yang ada di dua tempat pada saat yang sama memunculkan apa yang dikenal sebagai “sistem dua tingkat”. Dalam hal ini, atom titanium memiliki dua keadaan: keadaan dasar dan keadaan tereksitasi. Getaran atom yang lewat diserap oleh atom titanium, yang berpindah dari tanah ke keadaan tereksitasi, kemudian dengan cepat meluruh kembali ke keadaan dasar. Energi yang diserap dipancarkan dalam bentuk getaran dan dalam arah acak.

Efek keseluruhan dari penyerapan dan emisi getaran ini adalah bahwa energi tersebar dan bukannya ditransfer dengan bersih. Sebuah analogi akan menyinari cahaya melalui kaca buram, dengan atom titanium sebagai embun beku; gelombang masuk membelokkan titanium, dan hanya sebagian yang berhasil menembus material.

Sistem dua tingkat telah lama diketahui keberadaannya, tetapi ini adalah pengamatan langsung pertama yang cukup untuk mengganggu konduksi termal dalam bahan kristal tunggal pada rentang suhu yang diperpanjang, diukur di sini antara 50 dan 500 Kelvin.

Para peneliti mengamati efeknya dengan membombardir BaTiS3 kristal dengan neutron dalam proses yang dikenal sebagai hamburan inelastik menggunakan Sumber Neutron Spallation di ORNL. Ketika mereka melewati kristal, neutron mendapatkan atau kehilangan energi. Ini menunjukkan bahwa energi diserap dari sistem dua tingkat dalam beberapa kasus dan diberikan kepada mereka di kasus lain.

“Dibutuhkan kerja detektif yang nyata untuk memecahkan misteri tentang struktur dan dinamika atom titanium ini. Pada awalnya tampak bahwa atom-atom itu hanya tidak teratur secara posisional, tetapi kedangkalan sumur potensial berarti bahwa mereka tidak dapat bertahan di posisinya selama ini. sangat lama, “kata Michael Manley, peneliti senior di ORNL dan penulis koresponden Komunikasi Alam kertas. Saat itulah Raphael Hermann, peneliti di ORNL, menyarankan untuk melakukan perhitungan kuantum untuk sumur ganda. “Bahwa atom bisa terowongan itu terkenal, tentu saja, tapi kami tidak berharap untuk melihatnya pada frekuensi tinggi dengan atom sebesar itu dalam kristal. Tapi mekanika kuantumnya jelas: jika penghalang antara sumur cukup kecil , maka penerowongan frekuensi tinggi seperti itu memang mungkin dan akan menghasilkan hamburan fonon yang kuat dan dengan demikian konduktivitas termal seperti kaca, “kata Manley.

Pendekatan konvensional untuk membuat padatan kristalin dengan konduktivitas termal rendah adalah dengan menciptakan banyak cacat pada padatan tersebut, yang merusak sifat lain seperti konduktivitas listrik. Jadi, metode untuk merancang bahan kristal dengan konduktivitas termal rendah tanpa mengganggu sifat listrik dan optik sangat diinginkan untuk aplikasi termoelektrik. Sejumlah kecil padatan kristal menunjukkan konduktivitas termal yang sama buruknya, sehingga tim selanjutnya berencana untuk mengeksplorasi apakah fenomena ini juga menjadi penyebab material tersebut.

Dipersembahkan Oleh : Lapak Judi

Baca Juga : Slot Online