오싹한 혁신: 현실 뒤에 숨은 과학

버지니아대학교 공학 및 응용과학대학 2023년 8월 2일

버지니아 대학의 패트릭 홉킨스(Patrick Hopkins) 교수는 우주선과 고고도 제트기의 전자 장치를 냉각시키는 동결 광선 장치를 개발하고 있습니다. 이 기술은 표면을 가열하기 전에 놀랍게도 냉각시키는 플라즈마를 기반으로 합니다. 미 공군으로부터 750,000달러의 보조금을 받은 팀은 이러한 냉각 효과를 증폭하고 연장하는 방법을 모색하고 있습니다. (작가의 컨셉입니다.)

버지니아 대학교의 한 교수는 배트맨 악당인 Mr. Freeze에서 영감을 받아 동결 광선 장치를 만드는 방법을 발견했다고 믿습니다. 이 장치는 무기가 아니라 우주선과 고고도 제트기 내부의 전자 장치를 냉각시키기 위한 것입니다.

"배트맨"의 악당 Mr. Freeze가 적들을 "얼음"으로 만들기 위해 사용하는 동결 광선 총을 아시나요? 버지니아 대학의 한 교수는 자신이 실생활에서 그것을 만드는 방법을 알아냈을지도 모른다고 생각합니다.

The discovery – surprisingly based on heat-generating plasmaPlasma is one of the four fundamental states of matter, along with solid, liquid, and gas. It is an ionized gas consisting of positive ions and free electrons. It was first described by chemist Irving Langmuir in the 1920s." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> 그러나 플라즈마는 무기용이 아닙니다. 기계 및 항공우주 공학 교수인 Patrick Hopkins는 우주선과 고고도 제트기 내부의 전자 장치를 위한 주문형 표면 냉각을 만들고 싶어합니다.

Hopkins는 “지금 당장의 가장 큰 문제는 바로 이것이다”고 말했습니다. "기내의 많은 전자 장치가 뜨거워지지만 식힐 방법이 없습니다."

미 공군은 기술 극대화 방법을 연구하기 위해 교수의 ExSiTE 연구소(열공학 실험 및 시뮬레이션)에 3년에 걸쳐 750,000달러를 지급할 정도로 동결 광선의 전망을 좋아합니다.

거기에서 연구소는 프로토타입 장치 제작을 위해 Hopkins의 UVA 스핀아웃 회사인 Laser Thermal과 협력하게 됩니다.

교수는 지구 또는 지구에 더 가까운 공중에서 군용 항공기의 전자 장치가 자연적으로 냉각될 수 있는 경우가 많다고 설명했습니다. 예를 들어 해군은 액체 냉각 시스템의 일부로 바닷물을 사용합니다. 그리고 지면에 가까울수록 공기의 밀도가 높아 항공기 부품을 차갑게 유지하는 데 도움이 됩니다.

박사과정 후보자인 Sara Makarem Hoseini와 Daniel Hirt가 플라즈마 광선 설정을 관찰하고 있습니다. Hirt는 효과를 위해 니트 모자와 푹신한 재킷을 착용하지만 냉각은 국부적으로 이루어지며 주변 실내 온도에 큰 영향을 미치지 않습니다. 크레딧: Tom Cogill

그러나 “공군과 우주군을 사용하면 진공 상태인 우주에 있거나 냉각할 수 있는 공기가 거의 없는 상층 대기에 있게 됩니다.”라고 그는 말했습니다. “그래서 전자 제품이 점점 더 뜨거워지고 있습니다. 그리고 냉각수 탑재량을 탑재할 수 없습니다. 그렇게 하면 무게가 증가하고 효율성이 떨어지기 때문입니다.”

Hopkins는 자신이 경량 솔루션을 향해 나아가고 있다고 믿습니다. 그와 공동 연구자들은 최근 ACS Nano 저널에 이 기술과 다른 기술 전망에 대한 리뷰 기사를 게재했습니다.

우리가 매일 접하는 물질은 고체, 액체, 기체의 세 가지 상태로 존재합니다. 하지만 네 번째 상태가 있습니다. 바로 플라즈마입니다. 지구상에서는 상대적으로 드물게 보일 수 있지만 플라즈마는 우주에서 가장 흔한 물질 형태입니다. 사실, 그것은 스타를 구성하는 재료입니다.

Plasmas can occur when gas is energized, Hopkins said. That powers their unique properties, which vary based on the type of gas and other conditions. But what unites all plasma is an initial chemical reaction that untethers electrons from their nuclear orbits and releases a flow of photons, ions and electrons, among other energetic speciesA species is a group of living organisms that share a set of common characteristics and are able to breed and produce fertile offspring. The concept of a species is important in biology as it is used to classify and organize the diversity of life. There are different ways to define a species, but the most widely accepted one is the biological species concept, which defines a species as a group of organisms that can interbreed and produce viable offspring in nature. This definition is widely used in evolutionary biology and ecology to identify and classify living organisms." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"species./p>

“We haven’t really explored the use of different gasses yet, as we’re still working with helium,” he said. “We have experimented so far with different metals, such as gold and copper, and semiconductorsSemiconductors are a type of material that has electrical conductivity between that of a conductor (such as copper) and an insulator (such as rubber). Semiconductors are used in a wide range of electronic devices, including transistors, diodes, solar cells, and integrated circuits. The electrical conductivity of a semiconductor can be controlled by adding impurities to the material through a process called doping. Silicon is the most widely used material for semiconductor devices, but other materials such as gallium arsenide and indium phosphide are also used in certain applications." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"semiconductors, and each material offers its own playground for investigating how plasma interacts with their different properties./p>