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金属不稳定性实现了节能纳米技术
2021年05月06日    阅读量:14909    新闻来源:360资讯网 ChinaNews360.com  |  投稿

装在我们口袋中的计算机,不比门厚的电视屏幕以及仅比乘客大一点的汽车,技术在不断缩小。这种小型化的主要原因是纳米尺寸谐振器的发展,该谐振器将少量的电能转换为高频下的机械振荡。


大阪大学教授田中秀久说:“纳米机电谐振器被用于各种各样的现代技术中涂料在线coatingol.com。您可能看不到它们,但是它们可以在机器人,医疗工具和环境传感器中找到。”


今年早些时候,田中和他的研究小组报告了一条独立的纳米线,可以将纳米谐振器的功率需求降低一百倍。


金属不稳定性实现了节能纳米技术 360资讯网,ChinaNews360.com


“过渡金属经历了绝缘体到金属的过渡。我们制造了由二氧化钒(VO 2)制成的独立纳米线,该纳米线在低功率下具有高性能。”


可以通过将电能注入VO 2晶体来发生相变。由于对功率的机械响应是非线性的,因此田中(Tanaka)表明,空前的低功率水平可用于产生不成比例的强机械响应。田中(Tanaka)发现,电线的独立特性是关键,否则会产生非线性,因此能量效率要低得多。


“建立独立的纳米线并不容易。金属氧化物非常坚硬易碎。我们可以通过在氧化镁(MgO)上生长纳米线,然后将MgO层蚀刻掉来制造纳米线。”


在他的最新出版物中,田中小组,意大利的DanieleMarré教授小组和荷兰的尼古拉·曼卡博士的合作小组确定了使用他的VO 2独立纳米线构建纳米谐振器的简单程度。


由于VO 2晶体的机电特性和他的独立设计,纳米线仅使用简单的直流电源就可以在MHz频率下产生机械振荡。电能到机械功的这种有效转换减少了对专用电子设备的需求,因此能够创建比当前使用的更小的纳米机电系统(NEMS)。


纳米线取决于由VO 2中的相变引起的电信号中的自发振荡。这些电振荡导致VO 2纳米线也发生振荡,但是非线性机电耦合意味着纳米级的功率可以在MHz频率下产生VO 2振荡。研究小组表明,晶体振荡产生的额外能量来自电能产生的热量。


田中说:“我们进行设计时,使焦耳效应局限于暴露的VO 2的间隙。我们发现,机械响应的能量来源主要是散热而不是电能。”


设计能有效利用相变产生的热量的NEMS,为节能技术提供了新的范例。


“我们的系统简单且可扩展。它为实现具有快速切换并由直流电源供电的NEMS的可能性提供了可能性。”


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