काउंटरिंटुइक्टिव मेटामेट्री गर्मी प्रतिरोधी इलेक्ट्रॉनिक सर्किट के निर्माण का नेतृत्व कर सकता है

रबर और कांच से लेकर ग्रेनाइट और स्टील तक लगभग सभी ठोस पदार्थ गर्म होने पर फैलते हैं। केवल बहुत ही दुर्लभ मामलों में कुछ सामग्री सिस्टम के खिलाफ जाती है और गर्म होने पर अनुबंध करती है। उदाहरण के लिए, ठंडे पानी को संकुचित किया जाता है यदि इसे 0 से 4 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया जाता है, इससे पहले कि यह विस्तार करना शुरू हो जाए।

एमआईटी और दक्षिणी कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय के इंजीनियरों ने इस वर्ग में नए सामान जोड़े हैं। एमआईटी में मैकेनिकल इंजीनियरिंग के एक एसोसिएट प्रोफेसर निकोलस एक्स फैंग के नेतृत्व में एक टीम ने स्टार के आकार की संरचनाएं बनाईं, जिसमें जुड़े बीम, या ट्रस शामिल हैं। ये चीनी-क्यूब-आकार की संरचनाएं 282 डिग्री सेल्सियस तक गर्म होने पर जल्दी सिकुड़ जाती हैं।

फार्म पारंपरिक सामग्रियों से बने होते हैं जो गर्म होने पर फैलते हैं। फेंग और सहकर्मियों ने महसूस किया कि यदि उन्हें एक विशेष तरीके से जोड़ा गया, तो वे संरचना को अंदर की ओर खींचने में सक्षम होंगे, यह एक गोबरमैन क्षेत्र के खिलौने की तरह सिकुड़ने के लिए मजबूर करेगा।

शोधकर्ताओं का मानना है कि उनकी रचना "मेटामेट्रिक्स" से संबंधित है - मिश्रित सामग्री, जिनमें से कॉन्फ़िगरेशन में अजीब और अक्सर प्रतिउत्तर गुण होते हैं, आमतौर पर प्रकृति में नहीं पाए जाते हैं।

कुछ मामलों में, इन संरचनाओं को खुद को संपीड़ित करने के लिए उपयोगी नहीं हो सकता है, लेकिन हीटिंग पर विस्तार के लिए उनका प्रतिरोध। इस तरह की सामग्रियों का उपयोग किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, लंबे समय तक हीटिंग के तहत खराब होने वाले कंप्यूटर चिप्स के निर्माण में।

"मुद्रित सर्किट बोर्ड सीपीयू के चलने पर गर्म हो सकता है, और हीटिंग उनके प्रदर्शन को प्रभावित कर सकता है," फेंग कहते हैं। "इसलिए, [डिजाइन करते समय] इस संपत्ति पर सावधानीपूर्वक विचार करना आवश्यक है।"

मुद्रण के लिए सामग्री

90 के दशक के मध्य में, वैज्ञानिकों ने सैद्धांतिक रूप से संभव संरचनाओं का प्रस्ताव दिया, जिनकी संरचना उन्हें "नकारात्मक थर्मल विस्तार" (NTE) की संपत्ति दे सकती है। ऐसा करने के लिए, गर्म होने पर अलग-अलग विस्तार गुणांक के साथ दो सामग्रियों की तीन-आयामी जाली संरचनाएं बनाना आवश्यक था। जब पूरे ढांचे को गर्म किया जाता है, तो एक सामग्री का तेजी से विस्तार होना चाहिए और दूसरे को अंदर की ओर खींचना चाहिए, जिसके परिणामस्वरूप समग्र संरचना का आकार घट जाएगा।

"सैद्धांतिक काम ने इस बारे में बात की है कि ऐसी संरचनाएं थर्मल विस्तार की सामान्य सीमाओं का उल्लंघन कैसे कर सकती हैं," फैंग कहते हैं। - लेकिन उस समय [वैज्ञानिक] चीजें बनाने की तकनीक तक सीमित थे। और यहाँ हमने इस अवधारणा को प्रदर्शित करने के लिए माइक्रोप्रोडक्शन का एक बड़ा अवसर देखा। "

फैंग की लैब ने माइक्रो स्टीरियोलिथोग्राफी नामक एक 3 डी प्रिंटिंग तकनीक विकसित की, जो तरल राल में प्रकाश को बहुत छोटी संरचनाओं को प्रिंट करने के लिए उपयोग करती है।

"अब हम थर्मोमेकेनिकल मेटामेट्रिक्स बनाने के लिए माइक्रो स्टीरियोलिथोग्राफी प्रणाली का उपयोग कर सकते हैं, जो पहले असंभव को असंभव बना देगा," सामग्री विकास और उत्पादन केंद्र के निदेशक स्पैडाचिनी कहते हैं। "उनके पास थर्मोमेकेनिकल गुण हैं जो सामान्य सामग्रियों के लिए अप्राप्य हैं।"

"हम एक इंकजेट प्रिंटर को एक ही तरह से विभिन्न सामग्रियों को प्रिंट और ठीक करने के लिए बना सकते हैं," फेंग कहते हैं।

सैद्धांतिक मंच से प्रेरित होकर, फ़ेंग और सहयोगियों ने परस्पर क्रॉसबार से छोटे त्रि-आयामी स्टार के आकार की संरचनाओं को मुद्रित किया। उनमें से प्रत्येक या तो एक ठोस और धीरे-धीरे विस्तारित होने वाली सामग्री से बना होता है, जिसमें तांबा, या एक लोचदार, तेजी से विस्तारित बहुलक होता है। आंतरिक क्रॉसबार लोचदार होते हैं, और बाहरी ठोस होते हैं।

"सही ढंग से झंझरी के घटकों की स्थिति से, हम यह सुनिश्चित करेंगे कि क्रॉसबार के प्रत्येक विस्तार के साथ भी, वे पूरी तरह से अंदर की ओर खींचते हैं," फेंग कहते हैं।

"हम तापमान ऑफसेट के साथ काम कर रहे हैं," वांग कहते हैं। "इन सामग्रियों में थर्मल विस्तार के अलग-अलग गुणांक होते हैं, इसलिए बढ़ते तापमान के साथ वे एक-दूसरे के साथ बातचीत करते हैं और आवक को खींचते हैं, ताकि संरचना की कुल मात्रा कम हो जाए।"

प्रयोग के लिए स्थान

शोधकर्ताओं ने एक ग्लास फ्लास्क में रखकर और कमरे के तापमान से 282 डिग्री तक धीरे-धीरे इसका तापमान बढ़ाते हुए उनकी मिश्रित संरचनाओं का परीक्षण किया। यह पाया गया कि सबसे पहले संरचना अपने आकार को बनाए रखती है, और फिर धीरे-धीरे अंदर की ओर झुकती है और सिकुड़ती है।

"यह 0.6% से सिकुड़ रहा है," फेंग कहते हैं। यह इतनी बड़ी उपलब्धि नहीं लगती है, लेकिन फैंग कहते हैं कि "संपीड़न का तथ्य प्रभावशाली है।" ज्यादातर व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए, फेंग के अनुसार, डिजाइनर उन संरचनाओं को पसंद करेंगे जो गर्म होने पर बस विस्तार नहीं करते हैं।

शोधकर्ताओं ने अपने प्रयोगों के अलावा, जुड़े क्रॉसबार की बातचीत, उनके बीच की दूरी और विस्तार की डिग्री की गणना करने के लिए एक कंप्यूटर मॉडल बनाया। संरचना का संपीड़न दो मुख्य मापदंडों द्वारा नियंत्रित किया जाता है - व्यक्तिगत क्रॉसबार का आकार और उनके सापेक्ष कठोरता, सीधे थर्मल विस्तार की दर से संबंधित है।

"हम अलग-अलग कठोरता और विस्तार की गति के साथ कंप्यूटर मॉडल में अलग-अलग घटकों की व्यवस्था करके एक ट्यूनिंग विधि विकसित करते हैं, और हम एक विशेष क्रॉसबार या संरचना का एक हिस्सा बना सकते हैं या विस्तार कर सकते हैं जैसा कि हमें ज़रूरत है," फेंग कहते हैं। "कार्बन नैनोट्यूब जैसे अन्य सामग्रियों के साथ प्रयोग के लिए जगह है, जो हल्के और मजबूत हैं।" "विभिन्न संरचनाओं के साथ प्रयोगशालाओं में प्रयोग करके दिलचस्प परिणाम प्राप्त किए जा सकते हैं।"

3 डी प्रिंटेड संरचनाएं गर्म होने पर सिकुड़ जाती हैं

काउंटरिंटुइक्टिव मेटामेट्री गर्मी प्रतिरोधी इलेक्ट्रॉनिक सर्किट के निर्माण का नेतृत्व कर सकता है

मुद्रण के लिए सामग्री

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