Фотонные кристаллы запирают тепло на замок

Вакуум считается самым лучшим изолятором во Вселенной, идеально блокирующим теплообмен между физическими телами. Этому способствует полное отсутствие атомов, способных передавать энергию. Но физики из Стэнфордского университета нашли еще более совершенный изолятор - фотонные кристаллы. Термос из этого метаматериала не остынет несколько лет.

198481.jpegСуществует три основных способа передачи тепла - кондукция (отдельные атомы отрываются с поверхности нагретого тела и соударяются с атомами другого объекта), проводимость (кристаллическая решетка при соприкосновении с поверхностью передает ей свои колебания) и излучение. Для реализации первых двух необходимо наличие материи между источником тепла и нагреваемым телом, в качестве которого может выступать газ, жидкость или твердое тело.

Именно предельно низкая концентрация атомов в вакууме делает его главным претендентом на роль теплоизолятора. Но, вместе с тем, в такой среде не решена проблема излучения, при котором энергия передается инфракрасными волнами. Вакуум не блокирует волны, и протекание через него части тепла неизбежно.

Читайте также "Снежинки помогут спасти озоновый слой"


Еще в 2008 году ученые предположили, что неплохим кандидатом на блокирование волн могут послужить фотонные кристаллы. Этот метаматериал во многом похож на полупроводник, который способен предавать ток определенного напряжения, но блокирует другие заряды. Фотонные кристаллы подобным образом пропускают через себя только те волны, энергия которых лежит в заданном диапазоне.

Шанху Фэнь и его коллеги из Стэнфордского университета (США) сначала продемонстрировали возможность использования фотонных кристаллов для теплоизоляции на компьютерной модели, а на днях реализовали эту технологию в лабораторных условиях.

Американские физики создали многослойную структуру - десять слоев фотонных кристаллов толщиной в один микрометр каждый, разделенные девятью вакуумными промежутками по девять микрометров. Опыты показали, что получившийся "бутерброд" блокирует теплопередачу в два раза эффективнее "чистого" вакуума. При этом в ходе эксперимента использовались источники тепла с разной частотой инфракрасного излучения.

198482.jpegАнализ полученных в ходе опыта данных дал неожиданные результаты. Оказалось, что показатель теплопроводимости комбинированной изоляции не зависит от толщины слоя фотонных кристаллов, а лишь от скорости прохождения тепловой волны через материал, то есть от индекса отражения.

Предыдущие исследования метаматериалов показали, что фотонные кристаллы могут быть использованы в качестве оптических проводников для линий связи и вычислительных систем. Новое открытие значительно расширяет сферу применения этой необычной структуры. Например, с ее помощью можно будет создавать поверхности для обогрева солнечным теплом, которые блокируют видимый свет, но пропускают инфракрасные волны.

Фотонные кристаллы интересны еще и тем, что являются ярким примером применения принципов бионики в современной науке. Они появились не в научных лабораториях, а были подсмотрены человеком в природе - натуральные фотонные кристаллы присутствуют в тканях крыльев африканских бабочек-парусников. С их помощью они прогревают свой организм, но избегают воздействия ультрафиолетового излучения.

Читайте также в рубрике "Наука и техника"

Встройте "Правду.Ру" в свой информационный поток, если хотите получать оперативные комментарии и новости:

Подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен

Добавьте "Правду.Ру" в свои источники в Яндекс.Новости

Также будем рады вам в наших сообществах во ВКонтакте, Фейсбуке, Твиттере, Одноклассниках, Google+...

Казалось бы, про ежей жители нашей страны должны знать все. Тем не менее до сих пор большинство наших соотечественников, когда разговор заходит о ежиках, начинают рассказывать самые фантастические истории, не имеющие ничего общего с действительностью.В этой статье я хочу изложить самые популярные мифы про ежей с последующим их разоблачением.

Правда и вымысел о ежах

Рассказ о рождестве Пречистой Матери Господа Иисуса Христа мы не найдем в Евангелиях. Но церковное предание донесло до нас красивую и трогательную историю Любви, которой, казалось, не суждено было иметь продолжения в потомстве. Веры, способной затопить пустыни неверия. И Чуда, которое может сотворить только Бог. Его смысл открылся далеко не сразу.

Дева Мария - первое чудо Нового Завета
Комментарии
Израиль нарушил договоренности с Россией, вовремя не предупредив об атаке на Сирию
Мифы и правда о русалках
Основой украинской базы на Азовском море станет буксир
Польская оппозиция пообещала избирателям хорошие отношения с Россией
Суровые годы приходят: ждет ли россиян нищета и безысходность?
Израиль нарушил договоренности с Россией, вовремя не предупредив об атаке на Сирию
Израиль нарушил договоренности с Россией, вовремя не предупредив об атаке на Сирию
Основой украинской базы на Азовском море станет буксир
Haaretz: Россия может "обрезать крылья" Израилю
Основой украинской базы на Азовском море станет буксир
Не согласен? - В психушку!
Израиль нарушил договоренности с Россией, вовремя не предупредив об атаке на Сирию
Ресторан в Солсбери пригрозил судом "отравленной агентами Путина" Анне Шапиро
Израиль нарушил договоренности с Россией, вовремя не предупредив об атаке на Сирию
Россия выходит из американского лунного проекта?
Бой с боксером Поветкиным сравнили с путешествием в ад
Израиль нарушил договоренности с Россией, вовремя не предупредив об атаке на Сирию
Израиль нарушил договоренности с Россией, вовремя не предупредив об атаке на Сирию
Израиль нарушил договоренности с Россией, вовремя не предупредив об атаке на Сирию
Основой украинской базы на Азовском море станет буксир
Названа самая вредная поза для сна