Bliv varmere:Forbedring af varmefluxmodellering

Forskere ved Osaka University har simuleret varmetransport i den mindste skala ved hjælp af en computersimulering med molekylær dynamik. Ved at studere bevægelserne af de enkelte partikler, der udgør grænsen mellem et fast stof og en væske, har de været i stand til at beregne varmeflux med hidtil uset præcision. Dette arbejde kan føre til betydelige forbedringer i vores evne til at fremstille enheder i nanoskala, såvel som funktionelle overflader og nanofluidiske enheder.

Processen, hvorved varme overføres på det punkt, hvor et fast stof møder en væske, kan synes at være et simpelt fysikproblem. Traditionelt blev makroskopiske størrelser - såsom tæthed, tryk, temperatur og varmekapacitet - brugt til at beregne den hastighed, hvormed termisk energi bevæger sig mellem materialer. Korrekt redegørelse for individuelle molekylers bevægelse, mens man overholder lovene om bevarelse af energi og momentum, tilføjer dog en hel del kompleksitet. Forbedrede computersimuleringer i atomskala ville være uvurderlige for mere præcist at forstå en bred vifte af applikationer i den virkelige verden, især inden for nanoteknologi.

Nu har et team af forskere ved Osaka University udviklet en ny numerisk teknik til at visualisere en modelleret varmeflux på atomær skala for første gang. "For grundlæggende at forstå termisk transport gennem en fast-væske-grænseflade, skal transportegenskaberne for atomer og molekyler overvejes," forklarer førsteforfatter af undersøgelsen Kunio Fujiwara. "Vi modellerede varmefluxen nær et fast-væske grænsefladeområde med subatomisk rumlig opløsning ved at bruge klassiske molekylær dynamiksimuleringer. Dette gjorde det muligt for os at skabe billeder af den tredimensionelle struktur af energistrømmen, mens varme blev overført mellem lagene ."

Ved at bruge det populære Lennard-Jones-potentiale til at beregne vekselvirkningerne mellem tilstødende atomer fandt teamet ud af, at retningen af ​​varmeflux stærkt afhænger af de subatomare spændinger i strukturerne af de faste stoffer eller væsker.

"Før var der ingen god måde at visualisere varmeflux på atomær skala," siger seniorforfatter Masahiko Shibahara. "Disse resultater skulle give os mulighed for at belyse og ændre den termiske transport baseret på 3D-varmefluxkonfigurationen."

Dette kan muliggøre, at tilpasset nanoskala-fremstilling kan udføres mere effektivt. + Udforsk yderligere

Menneskeskabt varmeflux øger hyppigheden af ​​ekstreme varmebegivenheder