量子級冰箱!科學家打造全球最小冰箱,僅有1立方微米,幾乎瞬間冷卻

天空之城 2020/09/25 檢舉 我要評論

通過對幾十年前的熱電技術進行新的詮釋,加州大學洛杉磯分校(UCLA)的科學家們開發出了一種微小的微觀冷卻裝置,他們將其描述為 "世界上最小的冰箱"。固然無法成為剩飯剩菜、以及可樂的冷藏空間,但該團隊希望這種納米級別的設備可以作為先進系統的跳板,幾乎可以在瞬間冷卻東西。

納米級別的冰箱?你一定在想自己是不是看錯了。沒錯,這個冰箱確實只能在量子領域使用,因為它的尺寸只有100納米,容積只有1立方微米。

容積1立方微米?這是一個什麼概念?根據科學家們的說法,人類指甲的生長速度達到了每秒鐘5000多立方微米,所以如果你的手指是在生產這種冰箱的話,一秒鐘就可以製造5000多台。

你一定很好奇,如此小的冰箱,連肉眼都無法看到,要用什麼高精尖的技術才做得出來啊?不上一台和光刻機差不多的設備,恐怕是難以勝任的吧?

其實你是有些想多了,研究人員買來普通的透明膠帶,用它們去粘兩種熱電材料——和銻-碲化鉍,然後將粘膠上的單晶薄片剝下來,就組合成了這種微型冰箱。

微型冰箱充分利用了熱電材料的特性。加熱的時候這種材料可以產生電能,這個原理40多年前就被美國宇航局用在旅行者號飛船上,現在已飛出了太陽系;通電的時候,則會讓材料的一邊變熱,一邊變冷,從而用於製作冷卻器或冰箱——一些飲水機就用了這種製冷裝置。

冰箱倒是製造出來了,怎麼知道它起作用了,把裡面的溫度降低了呢?雷根的團隊為此又專門開發了一種名為等離子體能量膨脹(PEET)的測溫技術,使用透射電子顯微鏡測量納米尺度物質的密度變化來確定其溫度。

在這個實驗中,研究人員將元素製成的納米顆粒放入納米冰箱中,並選擇其中一個特定的粒子作為他們的溫度計。當團隊改變製冷機的功率,讓設備加熱或冷卻的時候,銦粒子也會相應膨脹和收縮。通過透射電子顯微鏡測量的密度,研究人員就能夠精確測定納米顆粒的溫度,從而確定納米冰箱內部的溫度。

雷根教授對這台微型冰箱非常滿意,稱自己和學生們製造了世界上最小的冰箱,看著大家的研究和創新,他對熱電材料的未來充滿了希望。

他表示:「儘管它的體積只有一毫米立方,但是它的冷卻速度比傳統冰箱快了幾百萬倍,一旦我們瞭解了熱電製冷器在原子和近原子水準上是如何工作的,我們就可以將規模擴大到宏觀尺度,那裡才是大的回報」。

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