Reikäinen nanorakenne auttaa kehitystyössä

Jyväskylän yliopiston nanotutkijat ovat löytäneet optimaalisen reikärakenteen, joka minimoi lämmönjohtavuuden ennätysmatalalle tasolle. Uudenlaiset lämmön kontrollointiin liittyvät sovellukset ovat tärkeässä osassa esimerkiksi lämmön muuntamisessa sähköksi sekä jäähdyttimien ja herkkien säteilyilmaisimien kehitystyössä.

Nanotiedekeskúksen tutkimuksessa reikärakenteena käytettiin alle mikrometrin paksuisiin eristelevyihin (piinitridi) valmistettuja kahdessa suunnassa jaksollisia reikähiloja. Samanlainen rakenne voitaisiin periaatteessa valmistaa mihin tahansa muuhunkin materiaaliin.

Tutkimuksessa havaittiin, että on olemassa optimaalinen jaksollinen rakenne, joka minimoi lämmönjohtavuuden ennätysmatalalle tasolle.  Siinä reiät ovat noin 10 mikrometrin etäisyydellä toisistaan.

Työssä havaittiin myös, että jos reikien sisäpinnat saataisiin valmistettua atomaarisen tason sileydellä, voitaisiin lämmön siirtymistä estää vielä voimakkaammin entistä isommilla rakenteilla. Tutkimusryhmä on erikoistunut tutkimaan, miten erilaisilla nanorakenteilla voidaan estää tai parantaa lämmön siirtymistä.

Maasillan tutkimusryhmä tarkensi tietoa siitä, miten lämmönsiirto estetään yli satakertaisesti reikärakenteissa hyödyntäen lämmön aaltoluonnetta. Tutkimus julkaistiin arvostetussa Physical Review Applied -lehdessä 3. heinäkuuta 2019. Tutkimusta rahoitti Suomen Akatemia.

”Löydettyjä tuloksia tullaan jatkossa hyödyntämään avaruustoimija NASAn kanssa käynnistyneessä yhteistyöprojektissa, jossa samanlaisia rakenteita lisätään avaruustutkimuksessa käytettäviin herkkiin infrapunailmaisimiin”, sanoo Jyväskylän yliopiston professori Ilari Maasillan.

Tutkimuksessa reikärakenteena käytettiin alle mikrometrin paksuisiin eristelevyihin (piinitridi) valmistettuja kahdessa suunnassa jaksollisia reikähiloja. Samanlainen rakenne voitaisiin periaatteessa valmistaa mihin tahansa muuhunkin materiaaliin. Tutkimusta rahoitti Suomen Akatemia.

Lisää: Jyväskylän yliopiston lämpöilmiöiden nanofysiikan tutkimus (LINKKI) ja tutkijoiden tiedeartikkeli Phys. Rev. Applied -julkaisussa (LINKKI)

Kuva: Jyväskylän yliopisto, Ilari Maasilta

Tärkeimmät teknologiauutiset kätevästi myös uutiskirjeenä! Tilaa (LINKKI)

LUE – UUTTA – LUE – UUTTA – LUE – UUTTA

Uusi ammattilehti huipputekniikan kehittäjille – Lue ilmaiseksi verkosta