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"

Не забывайте присоединяться к Pravda.Ru во ВКонтакте, Telegram, Одноклассниках, Google+, Facebook, Twitter. Установи "Правду.Ру" на главную страницу "Яндекса". Мы рады новым друзьям!

В Киргизии президент Сооронбай Жээнбеков подписал принятый ранее парламентом закон о списании долга республики Российской Федерации в размере 240 миллионов долларов.

Киргизия подписала закон о списании долга перед Россией
Комментарии
"Ужас, позор и скорбь": елка в центре Киева привела украинцев в шок. Видео
Большинству российских спортсменов не нужен флаг страны
Лунный камень преткновения: за чем Трамп послал астронавтов
Суд в США вернул армии запрещенных Трампом трансгендеров
Лунный камень преткновения: за чем Трамп послал астронавтов
Почему Казахстан отключил все российские телеканалы
Большинству российских спортсменов не нужен флаг страны
Борис Жерлыгин: Россия не должна работать с «жуликами» из МОК
Пиратский захват: Луна не станет новым штатом США
Рост ипотечного рынка необходимо контролировать - АИЖК
Большинству российских спортсменов не нужен флаг страны
Почему Казахстан отключил все российские телеканалы
Нейтральный флаг нам в руки: как Россия заткнет рот Родченкову
Нейтральный флаг нам в руки: как Россия заткнет рот Родченкову
Намек президента: кому и о чем напомнил Путин в Хмеймиме
Украинский историк объяснил России, как США выиграли две мировые войны
Кошмар для WADA: в скандале с Россией нет пути назад
Украинский историк объяснил России, как США выиграли две мировые войны
Комбриг ВСУ приказал убить своего зама — вовремя не поздравил
Нейтральный флаг нам в руки: как Россия заткнет рот Родченкову
Нейтральный флаг нам в руки: как Россия заткнет рот Родченкову

Русская эскадра - не просто набор слов. Это историческое название последнего соединения кораблей и судов Императорского флота России. Именно она эвакуировала из Крыма армию генерала Врангеля и гражданское население. Беженцев приняла Франция, предоставив эскадре стоянку в Тунисе, в городе Бизерта. Судьбы большинства беженцев поистине трагичны…

Последнее пристанище Русской эскадры