FAPESP 信用:CC0公共领域 在巴西圣保罗州坎皮纳斯大学(UNICAMP)进行的一项理论研究中，使用固态冰箱来冷却电器和电子设备是一种可能的技术应用
虽然这项基于计算机模拟的研究没有考虑这种应用，但这种应用即将出现，可能是蒸汽压缩冰箱的一种高效和环保的替代品，目前蒸汽压缩冰箱在市场上占主导地位，导致臭氧消耗和全球变暖
这项研究由亚历山大·丰塞卡领导，他的前学生蒂亚戈·坎图阿里奥参与，是圣保罗研究基金会FAPESP分会支持的“碳纳米结构:建模和模拟”项目的一部分
该结果发表在《物理学报》的一篇文章中
“固态冷却是一个年轻的研究领域，具有很好的结果
我们研究的方法是基于所谓的弹性热效应(ECE)，它利用系统中的温度变化来响应机械应力
我们对碳纳米管的这种效应进行了计算机模拟，”丰塞卡说
在宏观世界中，当橡皮筋被迅速拉伸而变暖时，观察到一种类似的效应，当它被释放时，又会变冷
如果对材料施加变形，使得没有热量传入或传出系统，即
e
，当过程是绝热的
“我们的研究始于2016年谢尔盖·利申科夫及其合作者发表的一篇题为《碳纳米管和石墨烯的弹性热效应》的文章
丰塞卡说:“它描述了一项计算机模拟研究，该研究表明，当对碳纳米管施加相当于其初始长度3%的小变形时，它们的反应温度变化高达30℃。”
“与李森科夫的研究相反，他的研究只模拟了施加在纳米管上的简单应变和压缩力，我们通过计算重现了整个热力学循环的过程
在我们的模拟中，我们考虑了两个阶段——纳米管应变和释放——以及与两个外部容器的两次热交换
我们估计了如果纳米管与某种介质理想接触时，它会吸收的热量
与其他实验测试材料的性能系数相比，我们得到了很好的结果
" 性能系数定义为系统从给定区域提取的热量除以为此消耗的能量
例如，在家用冰箱的情况下，它显示设备从内部环境提取的热量与消耗的电能成比例
最好的家用冰箱的性能系数约为8，这意味着它们从内部向外部传递的热能是从供电网提取的电能的8倍
“模拟两种不同纳米管的过程，我们获得了4
1和6
五
丰塞卡解释说:“与其他热交换现象相比，这些数字相对较好。”
另一个优点与原子和分子结构有关
“在某些材料的情况下，拉伸强度的应用通过改变样品的晶体结构使其发生相变
在纳米管的情况下，热效应仅仅是由于结构的膨胀和松弛，而结构没有被改变
这是一个优点，因为相变使材料逐渐失去影响目标功能的能力
然而，就纳米管而言，这一过程不会产生任何可能导致缺陷的结构转变
原子在膨胀过程中被分离，并随着松弛而回到它们原来的位置，”他说
纳米级 根据丰塞卡的说法，断裂测试显示碳纳米管能够拉伸20%
这种抗变形性与高性能的弹性热效应相结合，使得碳纳米管成为纳米电子学发展的有趣材料
“电子学的核心问题是冷却
我们的动机是想象一种装置，它可以用一个简单的循环从电器中提取热量
碳纳米管被证明非常有前途，”他说
“它们还有另一个优点，那就是它们足够小，可以嵌入聚合物基质中，这在制造商投资研发以获得可折叠智能手机等灵活电子设备的时候是一种理想的特性
“在全球气候变化的背景下，蒸汽压缩冰箱被固态冰箱所取代，所有这些都是更大图景的一部分
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