Les lasagnes à l’échelle atomique gardent la chaleur

Des chercheurs de l’Université métropolitaine de Tokyo ont découvert de nouvelles façons de contrôler la façon dont la chaleur circule à travers des matériaux plus minces en empilant de fines couches d’atomes dans des structures hétérogènes de van der Waals. En comparant différents tas de matériaux différents, voire le même matériau après traitement thermique, ils ont constaté que le mauvais couplage et le décalage entre les couches contribuaient considérablement à réduire le transfert de chaleur. Leur découverte promet un contrôle sensible du flux de chaleur à l’échelle nanométrique dans les dispositifs thermoélectriques.

La chaleur est partout et coule. La chaleur au mauvais endroit peut également être nocive. Un exemple est la surchauffe de l’électronique, où les micropuces produisent plus la chaleur qu’ils ne peuvent s’en tirer pendant qu’ils effectuent des tâches mathématiques intenses. Cela peut endommager ou réduire considérablement la durée de vie des appareils électroniques, entraînant un contrôle de la chaleur couler L’échelle nanométrique est une préoccupation pressante de la société moderne.

Une équipe dirigée par le professeur Kazuhiro Yanagi de l’Université métropolitaine de Tokyo travaille sur des moyens de produire et de traiter des couches ultra-minces d’une classe de matériaux connus sous le nom de dichalcogénures de métaux de transition. Ici, ils ont pris des couches de bisulfure de molybdène et de bisulfure de molybdène A un atome Épais et empilés en couches de quatre (films 4L). Les couches peuvent être associées les unes aux autres de différentes manières. La méthode douce et unique de l’équipe de transfert de grandes feuilles d’atomes minces leur a permis de former des piles de couches liées entre elles par les forces de van der Waals. Ils peuvent aussi être étroitement liés à des techniques plus traditionnelles, en particulier dépôt chimique en phase vapeur (CVD). Cela amène un certain nombre de permutations pour la façon dont les couches isolées sont maintenues ensemble, contrôlant éventuellement la façon dont la chaleur les traverse.

À l’aide d’une technique de revêtement spéciale, ils ont pu détecter avec une assez bonne précision comment de minuscules quantités de chaleur circulent à travers ces piles. Premièrement, ils ont découvert que les couches fortement associées aux maladies cardiovasculaires laissent passer beaucoup plus de chaleur que leurs homologues sans contrainte. Cet effet peut être partiellement inversé par recuit des couches faibles, ce qui rend la liaison plus forte et améliore le transfert de chaleur. De plus, ils ont comparé des empilements de quatre couches de sulfure de molybdène avec une structure « de type lasagne » constituée de couches alternées de sulfure de molybdène et de séléniure de molybdène. Ces hétérostructures présentaient un décalage structurel artificiel entre les couches d’atomes adjacentes, entraînant des niveaux de transfert de chaleur beaucoup plus faibles, plus de 10 fois inférieurs à ceux des couches fortement liées.

Les découvertes de l’équipe démontrent non seulement un nouveau développement technique, mais fournissent des règles de conception générales sur la façon de contrôler le flux de chaleur à l’échelle nanométrique, que vous souhaitiez plus ou moins de flux. Ces idées conduiront au développement d’isolants ultra-minces et légers ainsi que de nouveaux matériaux thermoélectriques, où la chaleur peut être efficacement dirigée pour être convertie en électricité.

Présenté par l’Université métropolitaine de Tokyo