طراحی‌ رایانه‌های خنک‌تر

تدبیر24: روزبه شهسواری و نوید سخاوند این پیش‌بینی را با استفاده از شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای برای تولید مجموعه‌ای از پیش‌ساختهای سه‌بعدی با نیترید بور انجام دادند. این ترکیب شیمیایی با استفاده از اتمهای بور و نیتروژن بدست می‌آید.

در این پژوهش، پیش‌ساختهای سه‌بعدی یک نانولوله نیترید بور با ورقهای دوبعدی نیترید بور ترکیب شدند.

شهسواری، دانشیار مهندسی عمران و محیط زیست و همچنین علوم مواد و نانومهندسی و یکی از مولفان این پژوهش با همکاری نوید سخاوند، فارغ‌التحصیل دانشگاه رایس، گفت: ما لوله‌ها و ورقها را برای سه‌بعدی کردن آنها با هم ترکیب کردیم که عملکرد بیشتری را ارائه دهند.

در نانوسازه سه‌بعدی، ورقهای بسیار نازک نیترید بور در لایه‌های موازی روی هم چیده شده و ستونهای لوله‌ای شکل نیترید بور در میان هر لایه برای جداسازی آنها قرار می‌گیرند.

شهسواری تاکید کرد که در نسخه یک و دو بعدی نیترید بور، همیشه گرایشی در ویژگیهای جهت‌دار به سمت محور لوله یا جهتهای درون صفحه‌ای وجود داشته که برای کاربرد سه‌بعدی گسترده در زمینه‌های فناوری و صنعتی مناسب نیست.

برای مثال در نیترید بور یک بعدی، نانولوله می‌تواند تا حدود 20 درصد طول خود پیش از شکسته شدن، کشیده شود اما در نمونه سه‌بعدی نیترید بور، این قابلیت به 45 درصد افزایش می‌یابد.

هنگامی که ماده نیترید بور معمولی یک یا دو بعدی در یک جهت کشیده می‌شوند، در جهات عمودی دیگر کوچک می‌شوند. اما در نمونه سه‌بعدی، هنگامی که ماده در جهت درون صفحه‌ای کشیده می‌شود، این کشش همچنین در جهات عمود نیز رخ می‌دهد.

شهسواری اظهار کرد: در اینجا، تقاطع بین لوله‌ها و ورقها از یک سازه منحصربفرد منحنی مانند برخوردار است که به این پدیده جالب موسوم به اثر اکستیک کمک می‌کند.

به گفته شهسواری، ویژگیهای انتقال حرارت پیش‌ساخت سه‌بعدی نیز سودمند است. لوله‌های نیترید بور یک بعدی و ورقهای دوبعدی می‌توانند گرما را به سرعت انتقال دهند اما این کار تنها در یک یا دو جهت صورت می‌گیرد. این در حالیست که نمونه سه‌بعدی می‌تواند گرما را در همه جهات سه بعدی با سرعت نسبتا بالا انتقال دهد.

وی افزود: این ویژگی برای کاربردهایی که نیازمند مواد یا پوششهای با قابلیت انتشار گرمایی بسیار سریع در محیط هستند، ایده‌آل است. برای نمونه می‌توان به موتورهای خودرو یا سی‌پی‌یوی رایانه‌ها اشار کرد که در آنها، انتقال سریع گرما به محیط برای عملکرد مناسب حیاتی است.

پیش‌ساخت نیترید بور سه‌بعدی از یک ساختار بسیار متخلخل و سبک وزن برخوردار است. هر گرم از این سازه پنیر سوئیسی‌مانند از مساحتی معادل سه زمین تنیس برخوردار است. چنین مساحت بالایی می‌تواند به کاربری‌های بسیار زیادی بینجامد.

شهسواری و سخاوند پیش‌بینی کردند که پیش‌ساخت نیترید بور سه‌بعدی برای مثال می‌تواند به ذخیره‌سازی و تفکیک گاز کارآمد در خودروهای با سوخت سلول هیدروژنی کمک کند.

برخلاف نانوسازه‌های مبتنی بر گرافن، نیترید بور یک ماده عایق الکتریسیته است. از این رو پیش‌ساخت نیترید بور سه‌بعدی از پتانسیل تکمیل نانوالکترونیک مبتنی بر نانو مانند نسل آینده نیمه‌رساناهای سه‌بعدی و دستگاههای انتقال حرارت سه‌بعدی قابل استفاده در کالیمترهای ابعاد نانو، فرآیندهای میکروالکترونیک و یخچالهای ماکروسکوپی برخوردار است.

نمونه واقعی نیترید بور سه‌بعدی هنوز ساخته نشده و تلاشهای زیادی برای تولید آن در آزمایشگاه در حال انجام است.

نتایج این پژوهش در مجله Physical Chemistry C منتشر شده است.