На этом электронном микроскопическом изображении показаны атомы внутри отдельных двумерных слоев сульфида тантала до и после процесса термообработки. Перед термообработкой все слои скреплены октаэдрической геометрией. После термообработки большинство слоев склеиваются призматической геометрией. Остальные октаэдрические слои демонстрируют упорядоченные заряженные волны плотности и перешли от проводника к изолятору. Белая шкала соответствует двум нанометрам. Изображение предоставлено: Сук Хён Сон
В Мичиганском университете был разработан полупроводниковый материал, который совершил квантовый «переворот» из проводника в изолятор при температуре выше комнатной. Это потенциально приближает мир к новому поколению квантовых устройств и сверхэффективной электроники.
Наблюдаемая в двумерных слоях сульфида тантала толщиной всего в один атом экзотическая электронная структура, которая поддерживала этот квантовый переворот, ранее была стабильна только при сверхнизких температурах -100 градусов по Фаренгейту. Новый материал остается стабильным при температуре до 170 F.
«Мы открыли новую площадку для будущих электронных и квантовых материалов», — сказал Роберт Ховден, доцент кафедры материаловедения и инженерии Университета Массачусетса и автор исследования в Nature Communications. «Это совершенно новый способ доступа к экзотическим состояниям».
Ховден объясняет, что экзотические квантовые свойства, такие как способность переключаться с проводника на изолятор, могут стать ключом к следующему поколению вычислений, обеспечивая больше способов хранения информации и более быстрое переключение между состояниями. Это может привести к созданию гораздо более мощных и энергоэффективных устройств.
В современной электронике для хранения данных используются крошечные электронные переключатели; «on» — единица, «off» — ноль, и данные исчезают при отключении питания. Будущие устройства могут использовать другие состояния, такие как «проводник» или «изолятор», для хранения цифровых данных, требуя лишь быстрого всплеска энергии для переключения между состояниями, а не постоянного потока электричества.
Однако в прошлом такое экзотическое поведение наблюдалось только в материалах при сверхнизких температурах. Конечная цель — разработать материалы, которые могут быстро «переключаться» из одного состояния в другое по запросу и при комнатной температуре. Ховден говорит, что это исследование может стать важным шагом в этом направлении.
«Предыдущие исследования при сверхнизких температурах показали, что такие перевороты можно делать по запросу снова и снова», — сказал он. «Это не было целью этого проекта, но тот факт, что мы смогли сохранить стабильность даже одного переворота при комнатной температуре, открывает множество захватывающих возможностей».
Переход от проводника к изолятору поддерживается явлением, называемым волной плотности заряда, — упорядоченной кристаллической структурой положительного и отрицательного электрического заряда, которая возникает спонтанно при определенных условиях.
«Волны плотности заряда наблюдались и раньше в объемных образцах сульфида тантала, но материал должен был находиться при сверхнизких температурах», — сказал Ховден. «Чередуя несколько двумерных слоев вместе, мы смогли сделать его намного более стабильным».
Команда начала с изготовления образца из нескольких слоев сульфида тантала толщиной в один атом, соединенных вместе. Каждый слой представлял собой полупроводник в так называемом октаэдрическом состоянии, которое относится к определенному расположению атомов тантала и серы. И хотя некоторые волны плотности заряда присутствовали, они были слишком нестабильны и неупорядочены, чтобы вызвать экзотическое поведение, такое как переворот проводника-изолятора.
Но Сук Хён Сунг, аспирант лаборатории Ховдена и первый автор исследования, изменил свойства образца, нагрев его в бескислородной среде и наблюдая за процессом под электронным микроскопом. По мере нагревания образца слои стали переходить один за другим в призматическое состояние — иное расположение одних и тех же атомов.
Когда большинство, но не все слои перешли в призматическое состояние, Сунг охладил образец до комнатной температуры. Он обнаружил, что слои, которые остались в октаэдрическом состоянии, демонстрировали волны плотности заряда, которые были упорядоченными и стабильными и оставались такими при температурах до 170 F. Кроме того, эти слои превратились из полупроводников в изоляторы.
«Большинство 2D-материалов подвержены всем дефектам того, на чем они сидят, что бы ни находилось в воздухе, и это делает их очень нестабильными», — сказал Сун. «Но мы обнаружили, что когда октаэдрические слои расположены между несколькими призматическими слоями, они намного более стабильны».
Команда изучает это явление дальше, настраивая больше переменных процесса и тестируя механизмы для управления экзотическим поведением, вызванным волнами плотности заряда. На данный момент новое открытие дало им важный взгляд на работу квантовых состояний и двумерных материалов.
Работа была частично выполнена на заводе UM Lurie Nanofabrication Facility и включает в себя вклад исследователей из Корнельского университета, Лаборатории военно-морских исследований США и Китайской академии наук.
Энергосбережение: откройте для себя изоляционные материалы нового поколения!
Изоляция необходима для предотвращения потерь тепла и, следовательно, для оптимального потребления тепла. Энергосбережение также важно в развитии экологических условий. Изоляционные материалы нового поколения также занимают важное место в этом вопросе. Плохо утепленные стены составляют 16% теплопотерь дома, а плохо утепленная крыша – 30%. Таким образом, существуют различные материалы для утепления вашего дома: минеральная вата, синтетические изоляторы… Изоляция жилья сейчас находится в центре внимания строителей. Инновации в этой области постоянно развиваются, как и эти несколько материалов нового поколения.
- Аэрогель — сверхлегкий, но очень прочный материал.
- преимущества
- Недостатки бонуса без депозита
- Полиуретан, изолятор с высокими энергетическими характеристиками
- Используемые ткани для многофункционального утепления
- Краски нового поколения, отражающие инфракрасные лучи
- Постоянная изоляция с переработанным стеклом
Аэрогель — сверхлегкий, но очень прочный материал.
Одним из последних изоляторов нового поколения является аэрогель: это очень прочный и легкий материал. Действительно, он получен с помощью нанотехнологий и состоит на 99.8% из воздуха, что делает его самым легким и прочным из доступных утеплителей! Он выпускается в виде прозрачного геля, в котором обычно жидкий компонент заменен газом, и бьет все рекорды по теплоизоляционным характеристикам, так как, например, в 3 раза эффективнее стекловаты для изоляции. Кроме того, аэрогель полностью пригоден для повторного использования и имеет самую низкую из известных на сегодняшний день теплопроводность.
преимущества
- Чрезвычайно тонкий материал. Это экономит место в вашем доме.
- В три раза эффективнее обычного утеплителя.
- Обладая высокой несжимаемостью, он выдерживает большие нагрузки (до 2000 раз превышающие их собственный вес).
- Она непроницаема и не требует нанесения пароизоляции.
- Он прост в установке, при резке волокна не отбрасываются.
- Аэрогель выдерживает температуру до 200°C.
Недостатки бонуса без депозита
- Аэрогель остается в первую очередь химическим материалом, поэтому долгосрочные эффекты пока неизвестны. Даже если он выдерживает высокие температуры, неизвестно, нетоксичен ли он.
- Цена высока.
- Из-за сложности производства аэрогелей требуется много энергии для производства.
- Хрупкость вакуумной панели: изоляция очень чувствительна к ударам и теряет большую часть своих изоляционных свойств при проколе.
- Стоимость: в десять раз дороже обычной шерсти.
Полиуретан, изолятор с высокими энергетическими характеристиками
Полиуретан — это изолятор, который в основном используется для плоских крыш, полов и внутренних стен. Это ячеистый материал, состоящий из ячеек, которые хранят газ с низкой теплопроводностью, что делает его изолятором с высокими энергетическими характеристиками (HPE). Полиуретан легкий, тонкий и обладает хорошими тепловыми характеристиками, а также отличной долговечностью. Кроме того, он экономит до 100 раз больше энергии, необходимой для его производства, поэтому он экологически безопасен. Наконец, полиуретан выделяет небольшое количество летучих органических соединений и обладает отличной огнестойкостью.
Используемые ткани для многофункционального утепления
Компания создала эффективный утеплитель из бывших в употреблении тканей, обладающий прекрасными тепло- и даже звукоизоляционными свойствами. Было показано, что эта изоляция на тканевой основе в два-три раза более эффективна против летней жары, чем обычные изоляционные решения, при этом время поэтапного отказа составляет от шести до восьми часов. Он обработан от плесени и насекомых и позволяет стене дышать. Кроме того, использованные ткани подлежат вторичной переработке и имеют небольшой экологический след: поэтому это идеальная экологическая изоляция!
Краски нового поколения, отражающие инфракрасные лучи
Теперь можно утеплить свой дом изоляционной краской. Ведь в состав именно этих красок входят керамика и смолы, что повышает ее теплоизоляционные свойства. Эта краска также воздействует на проводимость материалов и значительно улучшает теплоизоляционные свойства жилища. Доказано, что изоляционная краска может отражать до 90% солнечных инфракрасных лучей, отвечающих за нагрев фасадов и конструкций домов.
Хорошо знать
Таким образом, краски нового поколения допускают изменение температуры на 4°C и экономию энергии до 30%.
Постоянная изоляция с переработанным стеклом
Изоляцию из переработанного стекла теперь можно найти в сочетании с другими природными материалами, такими как песок, доломит и известь. Преимущество этого изоляционного материала состоит в том, что он имеет структуру, состоящую из небольших, полностью герметичных стеклянных ячеек, что позволяет ему иметь изоляционные свойства, стабильные во времени. Кроме того, этот материал не выделяет вредных газов, а его инерция означает, что он никогда не рассеивает парниковые газы. Он также имеет низкую теплопроводность, что делает его особенно подходящим для наружной изоляции.
Он также имеет низкую теплопроводность, что делает его особенно подходящим для изоляции снаружи.
Если вы хотите увидеть больше полезной информации о различных категориях, пожалуйста, посетите наш веб-сайт.
