혁신적인 고체 냉각 소재의 원자 수준 구조 파악을 위한 과학자들의 연구

Seoul에너지부의 오크리지 국립 연구소 과학자들은 원자 수준에서 열이 물질 내부에서 어떻게 이동하는지를 이해하는 중요한 발전을 이루었습니다. 이 발견은 다양한 분야에서 활용될 수 있는 고체 냉각 기술을 개선하는 데 중요한 역할을 합니다. 연구의 주요 포인트는 다음과 같습니다.

니켈-코발트-망간-인듐 기반의 자기형상기억 합금을 연구했고, 중성자 산란 기구를 활용하여 분석을 진행했습니다. 연구의 중점은 소재의 자열 효과에 있었으며, 국부적 하이브리드 마그논-포논 모드에 관한 새로운 통찰을 밝혀냈습니다.

전통적인 냉각 시스템은 냉매와 움직이는 부품을 사용합니다. 이러한 시스템은 환경에 해를 끼칠 수 있으며 효율적으로 작동하지 않을 수 있습니다. 고체 상태 냉각은 특별한 물질을 사용하여 열을 흡수하고 방출하는데, 움직이는 부품이나 해로운 액체가 전혀 필요하지 않습니다. 이 새로운 방법은 더 효율적으로 작동할 수 있으며 소음도 적습니다.

ORNL 연구팀은 니켈, 코발트, 망간, 인듐으로 구성된 물질을 연구했습니다. 이 물질은 고체 상태에서 냉각을 가능하게 할 수 있는데, 이는 특정 조건에서 형태를 변화시킨 후 원래 형태로 돌아올 수 있는 상전이를 일으킬 수 있기 때문입니다. 이 상전이는 물질을 가열하거나 자기장을 적용함으로써 발생할 수 있습니다. 이 과정 중에 물질이 열을 흡수하거나 방출하는데, 이것을 자기열효과라고 부릅니다.

중요한 발견 중 하나는 물질 내 무질서한 상태에 미치는 영향을 나타내는 페로익 유리 상태입니다. 이 상태는 스핀 유리와 변형 유리 상태와 유사하지만 훨씬 더 무질서합니다. 스핀 유리 상태에서는 원자 자기 모멘트가 무작위로 배열되고, 변형 유리 상태에서는 원자 격자가 불규칙하게 변형됩니다. 이러한 무질서한 상태는 물질의 열 흡수 및 방출 능력을 향상시킬 수 있어 중요합니다.

더 읽기:

오늘 · 오전 4:56

나노 기술로 혁신하는 장기 이식의 새 지평

과학자들은 중성자 산란 방식을 사용하여 원자 구조를 면밀히 조사했습니다. 그 결과, 혼합된 상태에서 스핀파와 진동이 작은 영역에서 상호작용한다는 것을 발견했습니다. 이러한 결합된 스핀파-진동 모드는 물질의 열적 특성에 영향을 미칩니다. 자기장을 적용하면 이러한 모드에 큰 영향을 미쳐 물질의 안정성과 열적 특성이 변화합니다.

ORNL의 마이클 맨리는 특정 열 상호작용 덕분에 이 소재의 냉각 능력이 세 배 더 향상되었다고 설명했습니다. 이 개선은 소재가 더 많은 열을 저장하고 필요할 때 더 효율적으로 방출할 수 있게 합니다.

이 연구는 냉각 소재 개선을 위한 새로운 방법을 제공합니다. 과학자들은 이러한 혼합 모드를 조절하는 법을 배움으로써 열을 더 효과적으로 저장하고 방출하는 소재를 만들 수 있습니다. 이는 전자기기, 차량 및 기타 일반 용도의 냉각 시스템을 향상시킬 수 있습니다.

이 연구는 DOE의 과학사무소 재료과학 및 공학 부서의 지원을 받았습니다. 중성자 산란 실험은 ORNL의 고유량 동위원소 반응기와 스펄레이션 중성자원에서 수행되었습니다. 또한 전미 표준 기술 연구소는 연구 시설을 제공했습니다.

고체 상태의 냉각 기술은 우리가 기기나 공간을 냉각하는 방식을 혁신할 수 있습니다. 추가 연구를 통해 기존 방법의 한계를 극복하면서 열을 효과적으로 관리할 수 있는 새로운 물질을 개발하는 것이 목표입니다.