A volte ritornano

Prima di tutto, concedetemi un affettuoso saluto alla community, dopo un periodo di silenzio del blog, ma in cui ho continuato a leggere i meravigliosi contributi, ed utilizzare questo potente strumento.

Sviluppi

In questo post-it prosegue la trattazione del Grafene, un materiale innovativo che in questi anni ha fatto molto parlare di se, divenendo la star del gossip tecnologico e scientifico.
Da quando ne iniziai a parlare 2 anni fa, nel mio primo articolo (Spazio!!! Arriva il Grafene.), ci sono stati molti progressi sulla conoscenza delle proprietà del materiale un po' meno sul fronte dell' industrializzazione delle parti. Continuano infatti di pari passo le ricerche sugli impieghi e sulla scalabilità produttiva dei reticoli, poiché grosse difficoltà sono state riscontrate nella produzione ,non ancora efficiente e tale da non garantire la perfetta struttura che il grafene/grafano richiede per esprimere la sue skills.
Sospendendo per un po' le problematiche di origine produttiva, oggi vi introdurrò un interessante e potente proprietà scoperta dai ricercatori della William Marsh Rice University (Houston).

Heat pipe

carbon-nanotube.jpg

Gli studi dei ricercatori si sono focalizzati sulle notevoli proprietà riscontrate del grafene di trasmettere le onde meccaniche, le quali possono propagarsi attraverso questa struttura in modo "veloce" e percorrere lunghissime distanze grazie all'assenza di impurità e imprecisioni nella struttura del materiale sia in configurazione flat che in nanotubi.
Da tale virtù sono state teorizzate diverse applicazioni due delle più interessanti sono la guida d'onda per fononi e la termoacustica del grafene. L'impianto teorico è basato sulla conduzione delle onde meccaniche e quindi dei fononi quanti di energia di vibrazione in reticoli cristallini (l'equivalente dei fotoni per la luce), che convogliati potrebbero essere utilizzati per scambiare energia o addirittura informazioni. Lo scambio di energia concatena la termoacustica, in quanto mettendo in oscillazione il reticolo e relativo fluido/mezzo (dimensioni del tubo, in accordo alla lunghezza d'onda) mediante un'onda meccanica si rende possibile indurre variazioni di temperatura sia positive che negative nel fluido interessato, oppure in un corpo a contatto con lo stesso. A patto che sussistano determinate condizioni più avanti descritte.
Nulla di nuovo mi direte, poiché la fisica già anni addietro aveva concepito macchine definite motori o refrigeratori termoacustici capaci di riscaldare oppure raffreddare grazie all'utilizzo delle onde meccaniche.
I motori termoacustici trasformano il flusso di calore tra un corpo caldo ed uno freddo in energia meccanica sotto forma di onda sonora. I refrigeratori utilizzano invece l'energia meccanica dell'onda sonora per ottenere un flusso di calore da un corpo caldo ad uno freddo. Tuttavia i materiali fino ad oggi utilizzati permettevano performance molto scadenti, con variazioni di temperatura indotta esigui.
L'innovazione sta nel progetto di questo heat-pipe in grafene capace di convogliare potenze elevatissime, e di poter risolvere gran parte dei problemi di dissipazione dei semiconduttori di potenza e non solo. Tuttavia l'opera è ancora incompleta, poiché associato ad un heat-pipe c'è bisogno di un heat-sink cioè un dissipatore vero e proprio, un fluido o un mezzo capace di raccogliere i fononi e dissipare l'energia associata in modo ottimale in modo da rendere il sistema altamente efficiente.Work in progress.

Stay tuned

Continuano i lavori per la fondazione dell'era del carbonio, nuove applicazioni ed interessanti proprietà continuano ad emergere. Tuttavia altri materiali vengono sviluppati, e si propongono per colmare il salto generazionale tra il silicio ed il grafene, come ad esempio silicene la cui filosofia di creazione è identica al grafene, con il vantaggio di essere compatibile con le attuali tecnologie al silicio, e produttivamente più duttile. Ma forse ne parleremo nel prossimo post-it.

Sitografia

Per chi vuole approfondire, le dinamiche fisiche dei motori e refrigeratori termoacustici, consiglio questo sito. Termoacustica

aggiunto il 18/9/2020 da admin