Oak Ridge Ulusal Laboratuarı Enerji Bölümü’ndeki biliminsanlarının yaptığı yeni bir keşif Albert Einstein tarafından ortaya atılan bir asırlık teoriyi desteklemekte. Bu teori, ısının bir termos bardaktan; makine parçalarına kadar nasıl iletildiğini açıklıyor.
Isının iletimi bütün materyallerin temelini oluşturur. Science dergisinde yayımlanan yeni araştırma, ısıların iletimini engelleyen ısıl yalıtkanlar üzerine yoğunlaşıyor.
Einsten yine haklı
ORNL (Oak Ridge National Laboratory)’de malzeme bilimleri üzerine çalışan Lucas Lindsa: “Einstein’ın ilk kez 1911 yılında ortaya attığı teoriye ilişkin kanıtlar keşfettik. Teori aslında, ısı enerjisinin ısıl yalıtkanlardaki atomlar arası gelişi güzel olan hareketinden söz ediyor. Bu hareket, normal ısının akışının yanında atomların toplu bir şekilde titreşmesiyle gerçekleşmekte.”
Bu rastlantısal enerji hareketi ısıyı iyi ileten malzemelerde pek fark edilmeyebilir. Yapılan gözlem ısıl yalıtkanlardaki ısı iletiminin nasıl gerçekleştiğini anlama konusunu bir adım öteye taşıyor. Ayrıca ısının iletilmesini engelleyen engel kaplamaların termoelektrik uygulamalarında atık ısının yeniden kullanılması için özgün materyallerin keşfedilmesine kadar birçok alanda yardımcı olacak gibi görünüyor.
Yeni materyal, temiz çevre
Lindsay ve çalışma arkadaşları, atomların hareketlerini tespit edebilmek için karışık titreşim tespit edici araçlar kullanmış. Buna ek olarak, ısının talyum kökenli bir kristal üzerindeki yolcuğunu simüle edebilmek için süper bilgisayarlar kullanılmış. Analiz sonuçlarına göre, kristal örgü üzerindeki atomsal titreşimlerin böylesi bir ısıyı iletebilmesi için çok yavaş olduğu keşfedilmiş.
Lindsay: “Tahminlerimiz deneylerde gözlemlediğimiz değerlerden iki kat daha düşük. Ilık olmasına başta çok şaşırdık. Bu sonuçlar sayesinde başka bir ısı aktarım mekanizmasının rol oynayabiliyor olduğuna yöneldik” diyor.
Rastlantısal enerji hareketi için ikinci bir ısı aktarım kanalının olduğunun bilinmesi araştırmacıların ısı yönetimi uygulamaları için seçecekleri malzemeler konusunda rehberlik edebilir. Elde edilen bu sonuçlar, eğer uygulanabilirse, enerji maliyetini, karbon emilimini ve atık ısı miktarını ciddi bir oranda düşürebilir.
Materyalin yapısı
Birçok kullanışlı materyal, örneğin silikon, kimyasal olarak birbirine bağlı kafes biçiminde bir atom yapısına sahip. Isı genel olarak atomsal titreşimler veya ses dalgaları sayesinde bu kafesler arasında aktarılmakta. Enerji taşıyan bu dalgalar birbirleriyle çarpışarak ısı aktarım hızını azaltıyor.
Lindsay: “Çalıştığımız talyum kökenli materyal, ısıl iletkenlik seviyesi en az olan kristallerden biri. Titreşen enerjinin büyük çoğunluğu tek bir atoma hapsolmuş durumda ve enerji daha sonra rastlantısal bir şekilde kristal boyunca hareket etmekte.” diyor.
Şimdilik, ısı hareketi sadece mükemmel ısıl yalıtkanlarda gözlemlenebiliyor. Fakat bu ısı hareket kanalı başka kristalimsi katılarda da iyi bir şekilde gözlemlenebilir. Bu sayede de ısı yönetiminde yeni bir araç olarak kullanılabilir.
