Новый теплоизоляционный материал лучше вакуума
Вакуум, как известно, характеризуется полным отсутствием атомов какого либо вещества и по этой причине является самым известным теплоизолятором.
Однако, недавно ученые нашли материал обладающий еще более высокими теплоизоляционными свойствами: стек составленный из слоев фотонных кристаллов в вакууме (Фотонный кристалл - это материал, структура которого характеризуется периодическим изменением показателя преломления в пространственных направлениях). Такая конструкция имеет в 2 раза меньшую теплопроводность чем вакуум.
Как известно, тепловая энергия может быть передана от одного тела другому тремя разными способами, это теплопроводность, конвекция и излучение. Теплопроводность и конвекция требуют наличия атомов вещества, посредством которых будет передаватсья энергия. Теплоизоляционные свойства вакуума как раз и обусловлены отсутствием условий для протекания этих двух процессов. Однако остается последняя возможность для передачи энергии через инфракрасное излучение и здесь вакуум бессилен.
Ученые из Стэнфордского Университета задавались вопросом, какой материал можно использовать для блокировки инфракрасного излучения. В прошлом году на основании теоретических рассчетов, они сделали вывод, что таким материатом могли бы быть фотонные кристаллы. Фотонные кристаллы (которые могут быть найдены в природе или созданы в лаборатории), благодаря периодическому изменению коэффициента преломления, позволяют получить разрешённые и запрещённые зоны для энергий фотонов, аналогично полупроводниковым материалам, в которых наблюдаются разрешённые и запрещённые зоны для энергий носителей заряда. Это означает, что пропускная способность фотонных кристаллов зависит от длины волны света, а значит могут быть созданы такие кристаллы, которые блокировали бы инфракрасное излучение.
Ученые обнаружили, что 100-микронная структура , состоящая из стека в 10 слоев фотонных кристаллов по 1 μm каждый и 90-микронной прослойки вакуума, может уменьшить тепловую проводимость примерно в 2 раза по сравнению с чистым вакуумом.
|
