Μετάδοση θερμότητας με θερμικά μεταϋλικά

Abstract

Η εξέλιξη της ποιότητας ζωής του ανθρώπου ανά τα χρόνια είναι άρρηκτα συνδεδεμένη με την πρόοδο της επιστήμης και της τεχνολογίας στον τομέα των υλικών. Όσο προοδεύει η επιστήμη αυτή βρίσκονται λύσεις σε όλο και πιο σύνθετα προβλήματα που παρουσιάζονται καθημερινά. Υλικά που έχουν τεράστια εφαρμογή τόσο σε καθημερινά αγαθά (οθόνες αφής κινητών ή τηλεοράσεων) όσο και σε πιο εξειδικευμένα επιστημονικά πεδία (φωτοβολταϊκά ή ακόμα και διαστημική τεχνολογία) είναι οι ημιαγωγοί, και ειδικότερα τα διαφανή ημιαγώγιμα υμένια (φιλμ). Το υλικό που χρησιμοποιείται ευρύτατα για την κατασκευή διαφανών αγώγιμων μεμβρανών είναι το Οξείδιο του Κασσιτέρου του Ινδίου (ΙΤΟ). Η κυριαρχία του ΙΤΟ στον συγκεκριμένο τομέα είναι δεδομένη, ωστόσο για διάφορους λόγους, όπως το υψηλό κόστος, η ευθραυστότητά του και η σπανιότητα του Ινδίου, στους οποίους γίνεται εκτενής αναφορά στην πορεία της εργασίας, οι επιστήμονες και οι μηχανικοί των υλικών έχουν εντείνει την έρευνά τους στην εύρεση νέων υλικών και μεταϋλικών υψηλότερης ποιότητας και απόδοσης που δυνητικά θα αντικαταστήσουν το ΙΤΟ στις πιο πολλές εφαρμογές του. Ένα μεταϋλικό (τεχνητό υλικό που έχει ιδιότητες που δεν συναντώνται στα φυσικά υλικά) που αναπτύχθηκε από τους μηχανικούς της Meta Materials στην κατεύθυνση αυτή είναι το Nanoweb. Το Nanoweb είναι ένα πολυμερές διάφανο λεπτό υπόστρωμα με ένα μικροσκοπικό μεταλλικό πλέγμα εφαρμοσμένο επάνω του που έχει συγκεκριμένες οπτο-ηλεκτρικές και θερμοηλεκτρικές ιδιότητες. Στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζονται οι θερμοηλεκτρικές του ιδιότητες, κατασκευάζοντας πρώτα ένα ρεαλιστικό θεωρητικό μοντέλο, το οποίο θα προσομοιάζει τη συμπεριφορά ενός θεωρητικού αγώγιμου υλικού εάν το συνδέσουμε με πηγή ρεύματος συγκεκριμένης έντασης. Στόχος λοιπόν του θεωρητικού μοντέλου είναι η κατανόηση και η εμβάθυνση στα φαινόμενα μεταφοράς θερμότητας που διέπουν μία τέτοια διάταξη. Στην συνέχεια, στο πειραματικό μέρος, κατασκευάζεται σχετικό δοκίμιο και πραγματοποιείται το ίδιο πείραμα σε δείγμα από Nanoweb το οποίο μας παρείχε η η ίδια η εταιρεία. Αφού ληφθούν οι απαραίτητες μετρήσεις και γίνει επεξεργασία των αποτελεσμάτων, γίνεται σύγκριση αυτών με τα αποτελέσματα του θεωρητικού μοντέλου που είχε κατασκευαστεί προηγουμένως. Με την σύγκριση των θεωρητικών και πειραματικών αποτελεσμάτων μπορούν να εξαχθούν χρήσιμα συμπεράσματα για τη συμπεριφορά του συγκεκριμένου μεταϋλικού υπό μελέτη, δηλαδή του Nanoweb.