Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Niespodziewane odkrycie pomoże chłodzić komputery

Recommended Posts

Naukowcy z Vanderbilt University dokonali niespodziewanego odkrycia, które przyczyni się do znacznego udoskonalenia systemów chłodzenia komputerów. Z prac zespołu prowadzonego przez profesora Deyu Li wynika, że przewodnictwo termiczne nanowstążek boru może zwiększyć się nawet o 45% o ile zastosuje się odpowiednią technikę ich połączeń.

Badania były prowadzone na borze, jednak ich wyniki generalnie odnoszą się do wszelkich innych materiałów cienkowarstwowych.

To całkowicie nowy sposób kontrolowania efektów termalnych, który prawdopodobnie będzie miał znaczący wpływ na mikroelektronikę (jak smartfony i komputery), optolektronikę (jak lasery czy LED-y) oraz na wielu nowych polach - mówi profesor Greg Walker.

Li poinformował, że nanowstążki są utrzymywane razem dzięki siłom van der Waalsa. Uważa się, że fonony, które transportują ciepło są rozpraszane przez siły van der Waalsa, co powoduje, że przewodnictwo cieplne obu nanowstążek jest takie samo, jak każdej z nich z osobna. My odkryliśmy coś wręcz przeciwnego. Stwierdziliśmy, że fonony mogą przekraczać granicę pomiędzy oddziaływaniami van der Waalsa i się nie rozpraszają, co znacząco zwiększa przewodnictwo cieplne - stwierdził Li. Jego zespół odkrył, że możliwe jest zwiększenie przewodnictwa cieplnego pomiędzy obszarami o niskim i wysoki napięciu dzięki poddaniu nanowstążek działaniu odpowiednich roztworów.

Niezwykle ważne jest też odkrycie, że cały proces jest odwracalny. Na przykład zanurzenie nanowstążek w alkoholu izopropylowym, ich przyciśnięcie i pozwolenie, by wyschły powoduje, że ich przewodnictwo cieplne jest takie, jak pojedynczej nanowstążki. Jeśli jednak użyjemy alkoholu etylowego, przewodnictwo cieplne zwiększyło się. Ponowne zanurzenie ich w alkoholu izpropylowym spowodowało powrót przewodnictwa do poprzedniego poziomu.

Sterowanie podstawowymi właściwościami materiałów, takimi jak przewodnictwo cieplne, jest bardzo trudne. Dlatego też badania te są niezwykle interesujące - mówi Walker.

Share this post


Link to post
Share on other sites

No i bardzo fajnie. Nie chcę robić za dyżurnego malkontenta ale w obecnym stanie rzeczy, przy tendencji do budowania komputerów z tysięcy procesorów, bardziej przydadzą się rozwiązania zmniejszające współczynnik W/flops. Ale dobre i to, jeden pokój ogrzewam komputerem więc się przyda :)

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Zespół z MIT-u (Massachusetts Institute of Technology), pracujący pod kierunkiem Ganga Chena, opracował nowatorski sposób kontrolowania przewodnictwa cieplnego i elektrycznego materiałów. Dzięki zmianie warunków zewnętrznych można uzyskać ponad 100-krotną zmianę przewodnictwa elektrycznego i ponad 3-krotną zmianę przewodnictwa cieplnego. Wynalazek jest tak nowatorski, że Chen i jego zespół spodziewają się, że już wkrótce kolejne zespoły naukowców będą informowały o nowych pomysłach na jego wykorzystanie.
      Jednym z możliwych zastosowań prac uczonych z MIT-u jest ochrona układów scalonych przed przegrzaniem się. W temperaturze pokojowej układ będzie pracował normalnie, ale w miarę jak jego temperatura będzie wzrastała poza ustaloną normę, ciepło zwiększy oporność materiału aż do momentu, gdy wysoka temperatura w ogóle uniemożliwi przepływ prądu. W tym momencie układ przestanie pracować, a jego temperatura zacznie spadać. Im będzie chłodzniejszy, tym wydajniej będzie przewodził prąd, a zatem tym szybciej będzie wykonywał swoje zadania.
      Inne potencjalne zastosowanie to przechowywanie ciepła zebranego np. z promieni słonecznych. Ciepło takie będzie można wykorzystać później np. do podgrzania wody.
      Wynalazek polega na rozpuszczeniu niewielkich płatków materiału w płynie, który w miarę zestalania się tworzy kryształy. Do swoich testów uczeni użyli płatków grafitu umieszczonych w heksadekanie. Wykazali jednak, że proces możliwa jest też kombinacja innych materiałów. Ważne, by ciecz, w której umieszczamy inny materiał krystalizowała podczas zestalania się. Ciecz użyta w eksperymentach MIT-u ma punkt tonienia bliski temperaturze pokojowej. Całość działa dzięki temu, że gdy płyn zamarza, ciśnienie tworzące kryształy przybliża do siebie cząstki rozpuszczonego materiału, zwiększając przewodnictwo cieplne i elektryczne całości. Gdy płyn się rozpuszcza, zachodzi proces odwrotny, a przewodnictwo zmniejsza się. Grafit stanowił 0,2% całego systemu, dzięki czemu roztwór był bardzo stabilny. Płatki grafitu mogły nieograniczenie długo pozostawać zawieszone w roztworze, co wykazano eksperymentalnie badając zbiornik po trzech miesiącach od umieszczenia w nim roztworu.
      Gang Chen mówi, że temperatury, w jakich będzie zachodził cały proces można odpowiednio dobierać zmieniając materiały, z których uzyskamy roztwór.
      Wykorzystanie zmiany fazy do kontrolowania przewodnictwa nanokompozytu to bardzo sprytny pomysł - mówi Li Shi, profesor z University o Texas i dodaje, że nigdy wcześniej o czymś takim nie słyszał.
      To bardzo ważne osiągnięcie. Przełączniki cieplne istnieją, jednak składają się z różnych elementów zrobionych z różnych materiałów, a tutaj mamy do czynienia z systemem, który nie posiada makroskopowych ruchomych części. Wspaniała robota - stwierdził Joseph Heremans, profesor fizyki i inżynierii lotnictwa z Ohio State University.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Na Georgia Institute of Technology powstała nowa technika uzyskiwania nanowstążek epitaksjalnego grafenu, dzięki której otrzymano struktury o szerokości 15-40 nanometrów przewodzące prąd niemal bez żadnego oporu. To pozwoli na łączenie grafenowych urządzeń z obecnie stosowanymi architekturami.
      Możemy teraz tworzyć bardzo wąskie, przewodzące nanowstążki, które wykazują właściwości przewodnictwa balistycznego. Te wąskie wstążki są niemal jak idealne metale. Elektrony poruszają się w nich bez rozpraszania, jak w węglowych nanorurkach - mówi profesor Walt de Heer.
      Nowa technika pozwala na otrzymanie epitaksjalnego grafenu o gładkich brzegach. Dotychczas uzyskiwano grafenowe wstążki o nierównych brzegach, co prowadziło do rozpraszania elektronów i interferencji. To z kolei powodowało, że ich właściwości były bliższe izolatorom niż przewodnikom.
      Wyeliminowaliśmy brzegi, które uniemożliwiały otrzymanie grafenu o pożądanych właściwościach. Brzegi w epitaksjalnym grafenie łączą się z węglikiem krzemu i otrzymujemy ciekawe wyniki - dodaje de Heer.
      Jego zespół najpierw na podłożu z węgliku krzemu umieścił maskę z wzorem, według którego miał się odbywać wzrost grafenu. W samym węgliku wyryto też kontury wzdłuż brzegów wzoru. Gdy taki plaster podgrzano do temperatury około 1500 stopni Celsjusza, rozpoczął się proces topnienia, który wyrównał i wypolerował nierówności w konturach. Następnie na tak przygotowanym podłożu rozpoczęto proces wzrostu grafenu poprzez usunięcie atomów krzemu z węgliku.
      Szerokość uzyskanych nanowstążek jest proporcjonalna do głębokości wyrytych konturów, co daje możliwość precyzyjnego kontrolowania ich rozmiarów. W celu uzyskania złożonych struktur wystarczy przeprowadzić wieloetapowy proces tworzenia konturów.
      Ta technika pozwala nam uniknąć skomplikowanej litografii strumieniem elektronów, którą obecnie stosuje się celem uzyskania epitaksjalnego grafenu. Uzyskany materiał ma bardzo dobre właściwości i może być używany w elektronice - zapewnia de Heer. Uczony już od kilku miesięcy udoskonala wspominaną technikę i nie wyklucza, że wkrótce uda się wyprodukować nanowstążki o szerokości mniejszej niż 10 nanometrów.
      Naukowiec przypomina, że jego zespół od dawna pracuje nad grafenową elektroniką i posiada patenty na różne techniki uzyskiwania epitaksjalnego grafenu. To oznacza, że sposób w jaki chcemy produkować grafenową elektronikę będzie inny od tradycyjnego. Nie będziemy naśladowali standardowego modelu tranzystora polowego, ale pracujemy nad urządzeniami wykorzystującymi balistyczne przewodniki i interferencję kwantową. Naszym celem jest wykorzystanie w grafenie efektu fali elektronowej - dodaje.
      Jeśli uda się taki efekt uzyskać, to manipulowanie elektronami w urządzeniach elektronicznych będzie odbywało się za pomocą technik podobnych do używanych w optyce. Na przykład przełączanie będzie można uzyskać za pomocą interferencji strumieni elektronów.
      Zespół profesora de Heera chce w ciągu najbliższych 12 miesięcy skonstruować prototypowy przełącznik wykorzystujący zjawisko interferencji kwantowej.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Niemal każdy doświadczył poczucia apatii i gorszego nastroju podczas odchorowywania grypy, czy ciężkiego przeziębienia. Do tej pory uważano gorszy nastrój za prosty wynik złego stanu zdrowia, ale naukowcy z Vanderbilt University znaleźli biologiczny mechanizm, który za to odpowiada.
      Zespół Vanderbilt Center for Molecular Neuroscience (centrum neurologii molekularnej) udokumentował bezpośredni wpływ stanu zapalnego na działanie mózgu. Wcześniejsze badania wykazały już, że cytokiny - cząsteczki wywołujące odpowiedź odpornościową organizmu i stan zapalny - zwiększają aktywność przenośnika serotoniny (SERT). Serotonina jest odpowiedzialna za nasz „dobry nastrój", SERT zaś usuwa ją z synaps (połączeń pomiędzy komórkami nerwowymi). Kiedy pod wpływem cytokin SERT usuwa ją w zbyt szybkim tempie, skutkuje to pogorszeniem nastroju, apatią, czy nawet zaburzeniami lękowymi i depresją.
      Odkrycie współgra z faktem, że popularne środki przeciwdepresyjne (jak Prozac) działają w ten sposób, że powstrzymują wyłapywanie serotoniny przez SERT. Cytokiny wiążące się ze stanem zapalnym można zatem postrzegać jako swego rodzaju „anty-prozac".
      Mechanizm działania potwierdzono w doświadczeniu na myszach. Kiedy u gryzoni wywołano sztucznie produkcję prozapalnych cytokin, w ciągu pół godziny do godziny SERT w ich mózgach zwiększał swoją aktywność i zaczęły one wykazywać oznaki zachowania depresyjnego. Myszy zmodyfikowane genetycznie - pozbawione genu SERT były odporne na tak indukowaną depresję. Leki hamujące wytwarzanie cytokin skutecznie zapobiegały zwiększonej aktywności SERT i pogorszeniu nastroju.
      Naukowcy zaznaczają, że wyników badań nie można bezpośrednio przenosić na ludzi, oraz że odkryte działanie cytokin samo może być odpowiedzialne za stan depresji. Uważają jednak, że odkryty mechanizm może stanowić istotny czynnik zwiększający ryzyko depresji i powiązanych zaburzeń.
      Najbliższe badania zespołu najprawdopodobniej skoncentrują się na rozpoznaniu różnych ścieżek aktywacji SERT i wariantach genów z tym związanych. Niewykluczone jest odkrycie nowych mechanizmów genetycznych sprzyjających depresji i nowych leków.
      Autorami studium, opublikowanego w grudniowym Neuropsychopharmacology są Chong-Bin Zhu, Randy Blakely i William Hewlett.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Profesor Piotr Kaszyński i jego student Bryan Ringstrand z Vanderbilt University stworzyli nową klasę ciekłych kryształów o wyjątkowych właściwościach elektrycznych. Kryształy mogą posłużyć do udoskonalenia wyświetlaczy LCD.
      Stworzyliśmy ciekłe kryształy o niezwykłym dipolu, dwukrotnie większym niż mają obecnie istniejące kryształy - poinformował Kaszyński. Ważnym współczynnikiem dla pracy ciekłych kryształów jest minimalne napięcie koniecznym do wymuszenia na nich działania. Im większy dipol, tym mniejsze można przyłożyć napięcie minimalne. Ponadto, przy tym samym napięciu kryształy o większym dipolu przełączają się szybciej.
      Kryształy wyglądają bardzo obiecująco, jednak profesor Kaszynski studzi przedwczesną radość. Nasze kryształy [...] muszą przejść testy wytrzymałości, żywotności i tym podobne, zanim zostaną użyte w komercyjnych produktach - mówi uczony.
      Odkrycie Kaszyńskiego i Ringstranda ma znaczenie nie tylko komercyjne ale i naukowe. Od 1888 roku uczeni znaleźli już ponad 100 000 związków chemicznych, które mogą występować w formie ciekłych kryształów. Jednak mimo wieloletnich badań wciąż nie wszystko o nich wiadomo. Uczeni nie wiedzą na przykład, jaki wpływ ma dipol kryształu na temperaturę, w której staje się on zwykłym płynem. Dominująca teoria mówi, że im silniejszy dipol tym wyższa temperatura przejścia w stan płynny. Kaszyński i Ringstrand, dzięki sposobowi, w jaki syntetyzowali swoje kryształy, mogli sprawdzić tę teorię. Utworzyli pary ciekłych kryształów o takiej samej geometrii ale różnych dipolach i mierzyli ich temperatury przejścia w zwykły płyn. Odkryli, że większy wpływ na temperaturę mają subtelne różnice w strukturze kryształów niż siła ich dipoli.
      Nowe kryształy są wyjątkowe także i pod tym względem, że zawierają amfijony czyli jony obojniacze. Kaszyński samego początku pracy na Vanderbilt University, a więc od 1993 roku, próbował stworzyć amfijonowe ciekłe kryształy. Mógł tego dokonać dopiero teraz, korzystając z odkrytego w 2002 roku przez niemieckich uczonych procesu chemicznego, który to umożliwił.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Amerykańscy uczeni dowiedli, że serce można stymulować nie tylko impulsami elektrycznymi, ale również światłem. Odkrycie może doprowadzić do pojawienia się laserowych rozruszników serca, nowej klasy urządzeń medycznych oraz pozwoli na przeprowadzenie niedostępnych dotychczas badań.
      Naukowcy z Case Western Reserve University oraz Vanderbilt University wykorzystali laser działający w podczerwieni, do regulowania rytmu serca kilkudniowego embrionu przepiórki. Mogli dzięki niemu przyspieszać i zwalniać puls, regulując w ten sposób siłę, z jaką krew uderza o mięsień. Metoda ta przyda się do sprawdzenia, w jaki sposób różny rytm serca może wpłynąć na pojawienie się w przyszłości chorób serca.
      Już wcześniejsze badania wykazały, że mięsień sercowy jest wrażliwy na różne tempo przepływu krwi, co znajduje swoje odbicie odpowiedzi genetycznej i molekularnej. Wykorzystanie lasera otwiera przed badaczami możliwości, których nie dają tradycyjne rozruszniki. "Gdy przykładam do tkanki napięcie elektryczne, prąd rozchodzi się wszędzie i stymulowany jest znacznie większy region. Tutaj możemy skoncentrować promień i, teoretycznie, stymulować nawet pojedynczą komórkę" - mówi Michael Jenkins z Case Western. Użycie lasera ma i tę zaletę, że nie niszczy komórek. Wykorzystanie prądu często prowadzi co zniszczenia części z nich, co wprowadza do eksperymentów niepożądane zmienne.
      Być może w przyszłości powstaną laserowe rozruszniki serca. Jednak zanim to się stanie, naukowcy muszą zbadać, co powoduje, że światło wpływa na działanie serca. Jedna z teorii mówi, że fotony są absorbowane przez molekuły wody, co prowadzi do lokalnego wzrostu temperatury. To z kolei wpływa na transport sodu przez błony komórkowe i wolniejsze lub szybsze skurcze. Teoria ta jest tym bardziej prawdopodobna, że niedawno uczeni z Vanderbilt University wykazali, iż za pomocą lasera można wywołać impulsy elektryczne w obwodowym układzie nerwowym.
      Światło wykorzystuje się do stymulacji komórek od niedługiego czasu. Jednak obecnie wykorzystywane techniki zakładają wprowadzenie do komórek genów z bakterii wrażliwych na działanie światła.
      Użycie lasera, a zatem stymulacja za pomocą molekuł wody a nie bakteryjnego DNA, jest znacznie prostszą techniką. Jednak, jak zauważa Loren Frank, profesor fizjologii z University of California z San Francisco, laser ma swoje ograniczenia. Może być użyty tylko tam, gdzie komórki odpowiadają na zmiany temperatury oraz gdzie dominuje jeden typ komórek. Laser, zdaniem Franka, nie sprawdzi się zatem przy stymulowaniu komórek mózgu.
      Jednak świetnie powinien spisać się w stymulacji serca. Chociażby dlatego, że krzemowe i szklane elementy laserów są znacznie bardziej obojętne dla komórek niż elementy metalowe, wykorzystywane w tradycyjnych rozrusznikach. Ponadto pacjenci z laserowymi rozrusznikami mogliby bezpiecznie korzystać z rezonansu magnetycznego. Ponadto, jak zauważył profesor E. Duco Jensen, problem z pobudzaniem komórek mózgu można częściowo obejść, badając odpowiedzi nerwów znajdujących się poza mózgiem.
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...