Optimaalinen reikärakenne estää lämmön johtumista

Jyväskylän yliopiston nanotiedekeskuksen professori Ilari Maasillan tutkimusryhmä on erikoistunut tutkimaan, miten erilaisilla nanorakenteilla voidaan estää tai parantaa lämmön siirtymistä. Tuoreessa tutkimuksessa Maasillan tutkimusryhmä tarkensi tietoa siitä, miten lämmönsiirto estetään yli satakertaisesti reikärakenteissa hyödyntäen lämmön aaltoluonnetta.

Lämmön kontrollointiin liittyvät sovellukset ovat tärkeässä osassa esimerkiksi lämmön konvertoinnissa suoraan sähköksi sekä jäähdyttimien ja herkkien säteilyilmaisimien kehitystyössä.

Tutkimuksessa reikärakenteena käytettiin alle mikrometrin paksuisiin eristelevyihin (piinitridi) valmistettuja kahdessa suunnassa jaksollisia reikähiloja. Samanlainen rakenne voitaisiin periaatteessa valmistaa mihin tahansa muuhunkin materiaaliin. 

Tutkimuksessa havaittiin, että on olemassa optimaalinen jaksollinen rakenne, joka minimoi lämmönjohtavuuden ennätysmatalalle tasolle.  Siinä reiät ovat noin 10 mikrometrin etäisyydellä toisistaan.Työssä havaittiin myös, että jos reikien sisäpinnat saataisiin valmistettua atomaarisen tason sileydellä, voitaisiin lämmön siirtymistä estää vielä voimakkaammin entistä isommilla rakenteilla.
 
”Löydettyjä tuloksia tullaan jatkossa hyödyntämään NASAn kanssa käynnistyneessä yhteistyöprojektissa, jossa samanlaisia rakenteita lisätään avaruustutkimuksessa käytettäviin herkkiin infrapunailmaisimiin”, sanoo professori Ilari Maasilta. Tutkimus on julkaistu Physical Review Applied -lehdessä. Tutkimusta rahoitti Suomen Akatemia.