教授はプラズマ光線を使用して米空軍の機内電子機器を冷却する

トム・コギル/UVA

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バージニア大学の研究者らは、プラズマ光線を使用して軍用機のハイエンド電子機器を冷却する方法を発見した。 プレスリリースによると、同大学の機械・航空宇宙工学教授パトリック・ホプキンス率いるチームは、その研究でSFを現実に変えているという。

技術の進歩に伴い、軍事装備にもハイエンド電子機器が散りばめられています。 世界中の海軍は冷却システムに水を使用していますが、地球上では高密度の空気が機器を急速に冷却します。

しかし、空軍にとっては、薄い空気の中で活動するため、これは課題でした。大気の上層には冷却を促進するための空気があまりなく、航空機は余分な重量の冷却剤を搭載することができません。 ホプキンスのチームは、この問題に対する軽量で実用的な解決策を見つけました。それがプラズマの使用です。

物質の 4 番目の状態であるプラズマは、ガスにエネルギーが与えられると生成されます。 この状態では、気体元素の電子が核軌道を離れ、物質は光子、イオン、さらには電子を流れの中に放出する可能性があります。 これらは、光線または稲妻の形で視覚化できます。

数年前、ホプキンスと米国海軍研究所の共同研究者スコット・ウォルトンは驚くべき発見をした。 ヘリウムを使用して生成されたプラズマの紫色のジェットを金メッキの表面に発射したところ、物体が加熱される前にまず冷却されることがわかりました。 この現象はこれまでに観察されたことがなく、研究者らは自分たちの観察が本当に正しいことを確認するために何度も実験を繰り返す必要がありました。

複数回の観察を経て、研究者らは、この冷却は、見えにくいが物体の表面に存在する水と炭素の分子からなる極薄の表面層が吹き飛ばされた結果である可能性が高いと判断した。 皮膚上の汗が体からのエネルギーを使用して蒸発し、体を冷やすのと同じように、この分子層はプラズマからのエネルギーを使用して物体を冷却します。

トム・コギル/UVA

ホプキンス氏は、この瞬間冷却が航空機に導入され、温度が急上昇するエリア上でロボットアームが動き出し、プラズマ光線の短いバーストで瞬時に冷却できる可能性があると構想している。 これは、航空および宇宙用途で電子機器から熱を奪うために現在使用されている「コールド プレート」に比べて大きな改善となります。

米空軍はこのコンセプトを気に入っており、熱工学実験・シミュレーション（ExSITE）研究所のホプキン氏のチームに、このコンセプトを推進するために3年間で75万ドルの助成金を与えた。 さらに、チームはスピンアウト企業である Laser Thermal を通じてプロトタイプのデバイスも構築する予定です。

研究結果は雑誌「ACS Nano」に掲載された。

抽象的な：

界面や境界における電荷、熱、電磁場の基本的なキャリア間の相互作用によって、幅広い技術を可能にするエネルギープロセスが生じます。 これらの結合キャリア間のエネルギー変換は、これらの表面での熱放散をもたらし、多くの場合、熱境界抵抗によって定量化され、コンピューティング、通信、ヘルスケア、クリーン エネルギー、電力において革新的な利点を提供し続ける最新のナノテクノロジーの機能を推進します。いくつか例を挙げると、リサイクル、センシング、製造などです。 このレビューの目的は、異なる熱キャリアが界面付近または界面を越えて結合する場合の超高速およびナノスケールのエネルギー変換および界面を越える熱伝達メカニズムについて報告された最近の研究を要約することです。 電子、振動子、光子、ポラリトン（プラズモンポラリトンとフォノンポラリトン）のさまざまな組み合わせの間のエネルギーと運動量の結合により、結果として生じる界面熱伝達と温度勾配を引き起こす、固体、液体、気体、プラズマの界面における結合熱伝達メカニズムをレビューします。 )、および分子。 結合エネルギーキャリアを用いたこれらの界面熱輸送プロセスには比較的最近の研究が含まれており、したがって、これらの初期の分野をさらに発展させるいくつかの機会が存在しており、このレビューの過程を通じて私たちはそれについてコメントします。