게시 및 게시 날짜 : 2021/12/16
처음으로, 열의 국소 및 일시적 역류 바카라 족보의 원리가 밝혀졌습니다
-"열 인덕턴스 바카라 족보", 고급 열 제어 응용 분야에 대한 희망-
포인트
- 이론적으로 국소 및 일시적 방향으로의 열 흐름이 재료의 양쪽 끝 사이의 온도 차이로부터 생성되는 "열 인덕턴스 바카라 족보"을 이론적으로 설명했다
- 열 전도 방정식에서 파생 된 이론적 방정식의 유효성은 정밀한 전기 측정에 의해 입증됩니다
- 현재 파형 제어를 통한 전자 부품에 대한 로컬 냉각 및 열 소산 기술에 대한 예상
요약
반 전자 표준 연구 그룹, 전기 표준 연구 그룹, 전기 표준 연구 그룹, 물리 측정 표준 연구 부서, 국립 고급 산업 과학 기술 연구소 (이하 "바카라 족보"), "바카라 족보"로 언급 된 국립 고급 산업 과학 기술 연구소 (Okawa Kenjiro, 최고 연구원) 후지키 히로우키 (Fujiki Hiroyuki), 카네코 신히사 (Kaneko Shinhisa) 부교수 인 카네 코 신히사 (Kaneko Shinhisa) 최고 연구원 인 카네 코 신히사 (Kaneko Shinhisa)는 재료의 양쪽 끝 사이의 온도 차이와 반대 방향으로 열 흐름이 국부적이고 일시적으로 임명되었다는 것을 발견했다열 인덕턴스 바카라 족보" 재료에 관계없이 특정 조건에서 보편적으로 발생합니다
이번에 바카라 족보는 열 전도 방정식에 따라 전류로 인해 고체 재료의 열 흐름을 이론적으로 분석했습니다엄격한 솔루션에서 반대 방향으로 생성되는 "열 인덕턴스 바카라 족보"의 조건은 재료의 두 끝 사이의 순간 온도 차이가 드러납니다 또한, 이론에 기초하여 전류의 주파수를 최적화함으로써, "열 인덕턴스 바카라 족보"은 열전 재료에서 입증 될 수있다 이 언론 발표에서, 재료의 중심에서의 열 흐름은 특정 순간에서 물질의 양쪽 끝 사이의 온도 차이와 반대 방향으로 반대 방향으로 "열의 역 흐름"이라고 불린다
보다 작고 통합되고있는 전자 장치에서 열 제어는 성능 저하 및 고장을 방지하는 데 중요한 문제입니다 이 시간의 결과는 고체 재료에 대한 전례없는 현지화 된 열 제어 기술의 길을 열었으며, 현재까지 달성하기 어려운 작고 통합 된 전자 성분과 같이 열이 농축되는 지역의 효율적인 국소 냉각 및 열 소산 기술에 적용될 것으로 예상됩니다
이 발견에 대한 세부 사항은 2021 년 12 월 16 일에 출판 될 Academic Journal "
커뮤니케이션 물리학|"에 발표됩니다
이 연구에서 "열 인덕턴스 바카라 족보"의 개념적 다이어그램 (왼쪽) 및 원칙 데모 실험 (오른쪽)의 결과
개발의 사회적 배경
최근 몇 년 동안 전자 장치는 더욱 작고 밀도가 높아졌으며 열 발생 밀도의 증가가 문제가되었습니다 전자 장치에서 열이 집중되는 지역의 국부 냉각 및 소산에는 고급 열 제어 기술이 필요합니다 장치 내의 열 흐름은 전기 회로와 같습니다열 회로설계는 열 피로로 인한 성능 저하를 억제하고 수명과 안전을 보장하는 기본 기술로 중요합니다
연구 기록
바카라 족보는 이전에 전압 및 저항과 같은 물리적 수량에 대한 정밀 측정 기술을 개발했으며이를 국가 측정 표준으로 설정했습니다 전류가 전기 회로를 통과하는 경우 회로에 온도 구배가있는 경우열전 효과열 전자 유전력을 생성하여 측정 된 값의 불확실성에 영향을 미칩니다 따라서 정밀 전기 측정에는 정밀 열 분석 기술이 필요합니다 지금까지 경작 된 기술 사용, 열전 재료에 대한 Seebeck 계수의 절대 측정 (2017 년 11 월 22 일에 바카라 족보 언론의 애니메이션)와 같은 측정 기술 개발 및 유연한 열전 모듈의 개발 (2018 년 1 월 23 일에 바카라 족보 언론의 애니메이션)에서 작업하고 있습니다 이번에는 고체 재료의 중심 부분에서 국소적이고 일시적으로 발생하는 "열 인덕턴스 바카라 족보"의 원리를 설명하고 그것을 입증하기 위해 노력했습니다
온도 변화를 방지하는 열 흐름이 전기 회로에서 인덕턴스에 비유되는 바카라 족보 (COIL을 통한 전류가 흐르는 것을 방지하기 위해 유도 된 전자 힘을 생성하는 요소) 및 열 회로에서 온도 변화를 방지하는 열 흐름을 생성하는 요소열 인덕턴스"로 인한 것으로 간주 될 수 있습니다 그러나열역학 제 2 법칙에 따라, 그러한 바카라 족보을 실현하기 위해 지금까지 보고서는 거의 없었으며, 유체의 자연 대류를 사용하고 매우 저온에서 특수한 대규모 실험 시스템을 사용하여 대규모 실험 시스템에서보고 된 보고서 만 작성되었습니다 또한, 특수 저주파 교류 전류가 "열 인덕턴스 바카라 족보"과 같은 고유 한 열 흐름을 생성하는 데 사용될 때 열전 재료에서, 그러나 이것의 원리는 이해되지 않았다
연구 컨텐츠
이번에는 열전 전기 효과의 유형 인 Peltier 효과에 초점을 맞추고 열 전도 방정식을 사용하여 외부 적으로 적용된 교류로 인해 재료 내부의 열 이동을 분석했으며, 특정 조건이 계산 될 때 "열 유도 성 베노멘"이 보편적으로 발생한다는 것을 발견했습니다
일반적으로, 전류가 고체 재료의 양의 전극에서 네거티브 전극으로 전달되는 경우, 펠티에 효과는 전극과 재료 사이의 계면에서 열 발생 및 열 흡수를 유발하여 재료 내의 온도 구배를 유발합니다 이번에는 열 전도 방정식으로부터 얻은 정확한 솔루션은 온도 구배가 전류의 주파수에 따라 크게 다르다는 것을 보여준다 (도 1) 그림의 왼쪽 열 도 1은 DC 전류가 왼쪽 가장자리에서 재료의 오른쪽 가장자리로 전달되는 상황을 보여주고, 재료의 왼쪽 가장자리의 온도는 높고 오른쪽 가장자리의 온도가 낮다 따라서 열은 왼쪽에서 오른쪽으로 흐릅니다 그림의 중심 열 도 1 및도 1의 오른쪽 열 도 1은 교류가 재료를 통과하는 순간에 상태의 전형적인 예를 나타내며, 재료의 왼쪽 및 오른쪽 가장자리는 각각 높고 낮은 온도가 적용되어 온도 차이가 크다
예를 들어, 샘플 길이가 15mm 인 Bismuth-Tellurium (BI-TE) 열전 전기 재료의 경우 10Hz 이상의 교류 전류가 전달되면 단기간에 전류의 방향이 교대로 변경되므로 Peltier 효과에 의해 발생하는 열 흐름 (열 발생 및 열 흡수)의 방향이 취소됩니다 결과적으로, 재료 내부의 온도 분포는 균일하고 열 흐름이 거의 없습니다 (그림 1 오른쪽 열) 그러나, 약 40MHz의 AC 전류가 통과 될 때, 재료의 열 응답은 전류 방향의 역전 속도를 따라 잡을 수 없으며, 재료의 중심에서의 온도 구배는 펠티에 효과로 인해 재료의 두 끝 사이의 온도 차이와 반대 방향으로 재료의 온도 차이가 생성된다 온도 구배의 방향은 열이 흐르는 방향과 동일하기 때문에,이 경우, 반대 방향으로 열이 흐르는 바카라 족보은 재료의 중심 부분에서 볼 수 있습니다 이 바카라 족보은이 프레스 프레젠테이션에서 "열 인덕턴스 바카라 족보"(그림 1의 중심 열)으로 언급됩니다 또한, 전류의 방향이 반전되면서 열 흐름의 방향도 반전됩니다 (그림 2의 온라인 프레스 비디오 참조) 처음으로, 우리는 이러한 열 흐름의 생성이 열 전도 방정식의 정확한 솔루션에 기초하여 정량적으로 설명 될 수 있음을 확인했다
그림 1 다른 주파수의 DC 및 AC 전류를 운반하는 재료의 온도 및 열 흐름 분포
그림 2 "열 인덕턴스 바카라 족보"의 이미지
현재 왼쪽 끝이 고온에 도달하고 오른쪽 끝이 저온에 도달하고, 열 흐름은 일반적으로 왼쪽에서 오른쪽으로, 반전 된 열 흐름은 중앙에서 발생합니다 그런 다음, 열 흐름의 방향은 AC 전류의 기간에 따라 반복적으로 반전된다
열 전도 방정식의 정확한 솔루션에서,이 열 환류 바카라 족보은 샘플 길이, 열 확산 성 및 전류 주파수로 구성된 차원없는 매개 변수입니다f(그림 1 참조)는 약 1 일 때 발생하며 구리와 같은 일반 금속에서 일반적이지만 열전 전기 효과가 더 큰 재료는 더 큰 열 역류를 생성 할 것으로 예측됩니다 따라서, 실온 근처에서 최상의 열전적 특성을 갖는 바이 -TE 열전 재료를 사용하여, 우리는도 1의 왼쪽 그림에 도시 된 샘플의 전압 측정 배선 사이에서 중심 부분에서 생성 된 약간의 온도 구배를 변환하려고 시도했다 정확한 측정을 수행하기 위해 전기 저항으로 3 샘플의 중심에서 전기 저항의 주파수 의존성을 측정 한 결과와 광범위한 주파수에 따라 정확하게 일치하는 정확한 솔루션에 기초하여 분석 모델로부터 계산 된 전기 저항이 측정 된 결과 (그림 3 오른쪽) 중심에서 온도 구배가 발생하지 않는 색상 주파수 범위의 더 높은 주파수 측면과 비교하여, Seebeck 효과로 인한 전자 힘의 방향 (온도 구배 방향)은 색상 범위의 하위 주파수 측면에서 전류의 방향과 일치하므로 저항 값은 OHM 법칙에서 증가합니다 이는 재료의 중심에서 재료의 두 끝 사이의 온도 차이와 동일한 방향으로 열이 흐릅니다 한편, 색상 주파수 범위에서, 전기 힘의 방향 (온도 구배 방향)과 시각 효과로 인한 전류의 방향이 역전되고, 저항의 감소가 고주파 측면에 비해 관찰된다 이 결과는 재료의 중심에서의 열 흐름이 재료의 두 말단 사이의 온도 차이에 반비례하고, 열 인덕턴스와 유사한 열 환류 바카라 족보이 실제로 정확한 용액에 의해 표시되는 주파수 범위에서 발생 함을 보여준다
그림 3 원칙 데모 "열 인덕턴스 바카라 족보"
중심에서의 전기 저항의 주파수 의존성 (오른쪽) 오른쪽의 색상 주파수 범위 (이 샘플 설정에서 약 20MHz ~ 약 100MHz)는 그림 1의 중앙 열에 해당합니다
이 연구는 "열 인덕턴스 바카라 족보"의 기본 원리를 명확히했으며, 일정한 열 흐름 방향을 갖는 적절한 파형 전류를 전달함으로써 역전 된 열 흐름을 사용한 국부 냉각을 달성 할 수 있습니다 예를 들어,Dimensional-Non-MergerZT= 1의 고성능 열 전기 재료를 사용하여, 10 Ma (46MHz)의 전류는 실온 (27 ℃)에서 전달되어 5 초 후 샘플 중심에서 약 90 μW의 반전 된 열을 발생시킨다 재료 개발과 최적의 열 설계는 냉각을 향상시킬 수 있기 때문에, 열이 사용하지 않은 고급 현지화 된 열 제어 기술에 배포 될 가능성이 있으며, 예를 들어, 열이 작고 고도로 통합 된 전자 부품에 농축되는 영역에 대한 효율적인 냉각과 같이, 또한 최근 몇 년 동안 적극적으로 연구 된 열 다이오드, 열 트랜지스터 및 열 메모리와 같은 열 제어 기술 외에도 미래에는 열을 효과적으로 사용하는 컴퓨팅 시스템이 실현 될 것으로 예상됩니다
미래 계획
앞으로, "열 인덕턴스 바카라 족보"을 사용하여 열 제어 기술을 실현하기 위해, 외부 열원과의 위상 동기화와 같은 결과를 구현하고 전기 구성 요소에 대한 로컬 냉각 및 열산 소산 기술로서의 전류 값을 최적화합니다
기사 정보
게시 된 잡지 :커뮤니케이션 물리학
종이 제목 : 펠티에-유도 열 유도 효과로 역 열 흐름
저자 : Kenjiro Okawa, Yasutaka Amagai, Hiroyuki Fujiki & Nobu-Hisa Kaneko
터미널 설명
- ◆ 열 인덕턴스/열 인덕턴스 바카라 족보
- 열 인덕턴스는 전기 회로의 인덕턴스에 해당하는 열 회로의 개념입니다 전기 회로의 인덕턴스의 정의에 따라 온도 변화를 방해하는 열 흐름으로 간주됩니다 (전류 변화로 인한 유도 전자력) 실제로, 열역학 제 2 법칙의 요청에 따라, 일부 외부 작업이 적용되지 않으면 열 역류가 발생할 수 없습니다 이 보도 자료에서, 특정 저주파 교대 전류가 통과 될 때, 특정 순간에서 재료의 두 끝 사이의 온도 차이에 대한 반응으로 열 흐름의 중심 부분에서 국부적으로 역 흐름이 발생하는 바카라 족보을 "열 인덕턴스 페 노메 온"이라고한다[참조로 돌아 가기]
- ◆ 엄격한 솔루션
- 주어진 방정식이 보유되도록 대략적인 값을 방정식의 변수로 대체함으로써 얻은 솔루션을 수치 솔루션이라고합니다 정확한 솔루션은 그러한 근사치를 사용하지 않고 조건부 표현을 결합하여 얻은 솔루션을 말합니다[참조로 돌아 가기]
- ◆ 열 회로
- 고형물의 열 흐름을 이해하는 데 사용되는 개념 이 개념은 전자 구성 요소에서 열을 생성하고 소산하는 데 사용되며 전자 회로와 유사한 열 회로 설계를 허용합니다 (그림 4) 열 저항은 전기 저항에 해당하고 열 용량은 전기 용량에 해당합니다 지금까지 전기 회로 설계의 인덕턴스에 해당하는 열 인덕턴스는 부족했습니다[참조로 돌아 가기]
그림 4 : 전기 및 열 회로의 요소 간의 대비 관계
- ◆ 열전 효과
- 전기 및 열 에너지의 상호 효과 펠티에 효과는 열전 전기 효과의 한 유형이며, 전류가 다른 금속 사이에 통과되면이 금속의 관절 표면에서 열 생성 및 열 흡수가 발생합니다 역 프로세스 인 Seebeck 효과는 온도 차이를 적용하여 생성 된 전자력의 바카라 족보입니다 또한 열 에너지를 전기 에너지로 효율적으로 변환 할 수있는 큰 열전 효과, 합금 및 반도체가 큰 재료를 열전 재료라고합니다[참조로 돌아 가기]
- ◆ 열역학 제 2 법칙
- 열이 고온 부품에서 저온 부분으로 자연스럽게 흐르지 만, 이는 시스템이 외부에서 일부 작업을 제공하지 않으면 역 프로세스 (저온 부품에서 고온 부품으로의 열 전달)를 실현할 수 없다는 물리 법칙입니다[참조로 돌아 가기]
- ◆ 공로의 차원 수치ZT
- 열-전기 전환을위한 열-전기 재료의 효율의 지표ZT는 열전 재료의 성능이 높아집니다 현재 BI-TE 물질은 실온에서 가장 높습니다ZT(약 1)를 나타냅니다[참조로 돌아 가기]
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