等离子束未来可以瞬间冷却过热的电子设备

地球空气通常是军用飞机电子系统的理想、便捷的冷却剂，而海水对海军舰艇的作用也类似。但是，这两种冷却剂在距离地球表面越远的地方就越不适用——例如高层大气和外太空。在那里，由于冷却剂很重，占用宝贵的机载空间，因此很难将电子设备保持在安全的温度。根据最近发表在ACS Nano上的新发现，一种潜在的辅助方法是利用等离子体——具有讽刺意味的是，等离子体也是构成恒星和闪电的物质。

弗吉尼亚大学热工程实验与模拟 (ExSITE) 实验室的研究人员发现了一种极有前景、以前从未实现过的快速冷却表面的方法：等离子“冻结”射线。

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使用等离子体来降低温度似乎有悖常理 - 毕竟等离子体很容易加热到 45,000 华氏度甚至更高 - 但根据机械和航空工程师帕特里克霍普金斯的说法，发射聚焦的物质第四态射流可以提供一些非常有趣的热力学结果。

霍普金斯最近解释说：“我擅长的是进行非常快速和非常细微的温度测量。因此，当我们打开等离子体时，我们可以立即测量等离子体撞击处的温度，然后我们可以看到表面的变化。”

在实验中，霍普金团队将一股紫色氦等离子体通过一根涂有陶瓷的细针射向镀金靶。然后他们使用专门定制的显微仪器测量靶表面的效果，结果令人难以置信。

霍普金斯说：“我们看到表面先是冷却，然后逐渐升温。”

经过反复测试和观察这一现象，研究小组确定等离子束首先会撞击一层极薄的碳和水分子层，然后迅速蒸发涂层，就像夏天从游泳池出来后风干时发生的情况一样。或者更简单地说，霍普金斯正在使材料出汗。

霍普金斯说：“蒸发身体上的水分子需要能量，它从身体中吸收能量，这就是你感觉冷的原因。在这种情况下，等离子体会剥离吸收的分子，释放能量，这就是冷却的原因。”

研究人员测量到温度在几微秒内下降了数度——这在人类尺度上可能微不足道，但这种差异对于精密、高度先进的电子设备和仪器来说可能非常有用。展望未来，霍普金斯的团队将试验各种等离子气体，以及它们对铜和半导体等不同材料的影响。最终，研究人员设想，有一天，机械臂附件可以通过电极发射的微小等离子束精确定位设备中的热点，从而进行冷却。

“这种等离子射流就像激光束，就像一道闪电，”霍普金斯说。“它可以非常局部化。”