Elektronik ve sanayide ısı yönetimi devrimi: Verimlilik yüzde 300 arttı

ABD'de yürütülen bir araştırma, katı malzemelerde ısı akışının sadece bir elektrik alanı kullanılarak kontrol edilebileceğini kanıtladı. Önceki yöntemler ısı iletkenliğini en fazla yüzde 10 artırabilirken, bu yeni keşif ısı akışını tam üç katına çıkarıyor.

Akıllı telefonlardan devasa veri merkezlerine, otomotiv çiplerinden endüstriyel üretim bantlarına kadar tüm sistemlerin ortak düşmanı olan 'aşırı ısınma', yepyeni bir malzeme bilimi inovasyonuyla avantaja dönüşüyor. Ohio Eyalet Üniversitesi ve Amphenol Şirketi araştırmacılarının da destek verdiği ORNL projesi, katı malzemelerdeki termal enerjiyi yönetmek için ezber bozan bir yöntem geliştirdi.

PRX Energy dergisinde yayımlanan çalışmaya göre araştırmacılar, 'relaksör bazlı ferroelektrik' olarak bilinen özel bir tür akıllı seramiğe elektrik alanı uygulayarak, ısıyı taşıyan atomik titreşimlerin (fononların) davranışını değiştirmeyi başardı.

YÜZDE 5'TEN YÜZDE 300'E

Bilim insanları, bugüne kadar benzer malzemeler üzerinde yapılan araştırmalarda ısı iletkenliğinin genellikle yalnızca yüzde 5 ila yüzde 10 oranında artırılabildiğini belirtiyor. Ancak geliştirilen bu yeni yaklaşım, verimlilikte yüzde 300'e yakın bir iyileştirme sağlıyor.

Araştırma ekibinden Dr. Puspa Upreti, elde edilen sonucun endüstriyel önemini şu sözlerle vurguluyor: "Isı akışının hem hızını hem de şeklini kontrol edebilmek, termal enerjiyi çok daha verimli bir şekilde yöneten yepyeni cihazların ve altyapıların önünü açabilir."

Peki bu sistem nasıl çalışıyor? Elektrik alanı uygulandığında, malzemenin içindeki ısıyı taşıyan 'fononlar' alan yönünde hizalanarak normalden çok daha uzun süre hayatta kalıyor ve daha uzağa seyahat edebiliyor. Bu hizalama, enerjinin kristal yapı içinde dağılmadan, pürüzsüz ve yönlendirilmiş bir şekilde akmasını sağlıyor.

HANGİ SEKTÖRLERDE ÇIĞIR AÇACAK?

Gelişmiş nötron saçılım teknikleriyle doğrulanan bu "katı hal ısı anahtarlama" teknolojisi, hareketli parça veya sıvı soğutucu içermediği için sanayinin birçok alanında maliyetleri düşürecek potansiyele sahip:

• Çip tabanlı devreler: Modern mikroişlemcilerin ve ekran kartlarının aşırı ısınma sorunu, fanlara gerek kalmadan doğrudan malzemenin kendisiyle çözülebilecek.
• Katı hal soğutucular: Buzdolapları veya iklimlendirme sistemlerinde hareketli motor parçaları (kompresörler) yerine bu akıllı seramikler kullanılarak sessiz ve sıfır arızalı soğutucular üretilebilecek.
• Enerji dönüştürücüler: Isıyı doğrudan elektriğe dönüştüren sistemlerin verimi katlanacak.
• Kojenerasyon ve sanayi: Fabrikalardaki devasa üretim hatlarında ortaya çıkan atık endüstriyel ısı, bu teknolojiyle çok daha yüksek bir verimle yakalanıp yeniden enerjiye dönüştürülebilecek.

Uzmanlar, elektronik atıkların ve enerji israfının zirve yaptığı bir dönemde, bu tür 'akıllı malzeme' yatırımlarının küresel teknoloji şirketlerinin yeni rekabet alanı olacağını öngörüyor.