也许未来你家的电脑可以不插电,只要借你点儿体温,温暖它,它就能为你工作……
散热问题是当今电子设备最大的敌人——它会导致设备故障并损坏部件。
然而,科学家们现在创造出了依靠热量而非电能运行的装置,将热量之弊转变为了优势。这一重大发明将催生热能计算机的出现——这种计算机将利用人体热量或周围环境的余热作为驱动能源。
热流只能将能量从高温物体传递到低温物体。设想一下,当我们给一根金属管道的其中一端加热时,热量就会从高温一侧往低温一侧传递,并且温度在传递的过程中慢慢降低。
不过,物质的导热并非都那么简单。如果你堆上几层传热材料,再加入隔热材料,那么传热就不再局限于单一方向。
电气工程师对下面的这一原理非常熟悉:电阻器是一种最常见的电气部件,而电阻器并联时比串联时传热更好。目前在新研究中取得的突破就是制造了合适的复合材料,使得其传热方式不仅仅局限于一面到另一面或一端到另一端,而是在整个传热过程中,方向不断变化。
哈佛大学物理学家兼研究者友希·佐藤表示:“热流就像电流一样,是一种可以被操控和加工的介质。”
佐藤及其哈佛大学同事Supradeep Narayana 利用隔热材料,成功地让热流在同一导体上实现方向截然相反的运动。
柏克莱加州大学物理学家亚历克斯·泽特尔说:“这是一个很有趣的主题。目前在控制热流领域的研究成果还很有限,不过,热流成功运用于计算机和其他领域倒是很有可能。”
佐藤称,热能计算机的基本原理是,在环境温度足够热的条件下,计算机内的装置就能依照你的操作,改变热流的方向,从而实现不同信息的传导。
上海复旦大学物理学家黄继平认为,原则上,热能计算机能够像普通电脑一样执行相同的任务,比如文字处理和上网。同时,热能计算机算计可以节省能源,因为它能够利用环境中的余热——甚至是人体产生的热量。
话虽如此,黄继平还是强调这一技术还存在很多现实障碍。因为热能与电能不同,传热按机理可以分为热传导、热对流和热辐射三种方式。也就是说,物理学家必须懂得如何去限制不利热量的影响。他说:“这是一个非常不错的梦想,但是现实也很残酷。”
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