Theo dự kiến, van nhiệt sẽ được dùng để giữ lạnh một số bộ phận trong mạch vi điện tử, hoặc dẫn nhiệt tới các con chip - nơi xảy ra các phản ứng hóa học. Những chip này sẽ được ứng dụng cho các thiết bị nghiên cứu các quá trình tổng hợp hóa học hiệu suất cao, hoặc phân tích dữ liệu cực nhạy.
Ông Marcello Terraneo và cộng sự tại Đại học Insubria ở Como (Italy) cho hay, về mặt lý thuyết, chiếc van này có thể được làm từ một chuỗi các hạt liên kết với nhau, tương tự như các phân tử sinh học trong chuỗi ADN.
Nguyên tắc truyền động và truyền nhiệt của chuỗi dây
Khi một đầu chuỗi hạt được hâm nóng, thì nhiệt sẽ truyền từ hạt này sang hạt khác dọc theo chuỗi, cứ như vậy tới tận đầu kia. Đó là nguyên lý truyền nhiệt trong chuỗi hạt.
Trong chuỗi hạt, nhiệt độ của từng hạt tỷ lệ thuận với biên độ và tần số rung của nó. Khi một đầu dây được gắn với một nguồn nhiệt, nó sẽ rung mạnh hơn và nhanh hơn. Độ rung này được truyền theo các hạt, dọc theo chuỗi để đến đầu kia. Đó là nguyên lý truyền động trong chuỗi hạt.
Tóm lại, trong chuỗi liên kết các hạt, nhiệt độ càng cao thì các hạt đơn lẻ càng rung mạnh, và hệ quả là toàn chuỗi rung mạnh hơn.
Ý tưởng thiết kế van nhiệt một chiều
Dựa theo hai nguyên lý trên, Terraneo cho rằng, nếu có một chuỗi gồm các hạt giống nhau, kết nối với nhau một cách "lý tưởng", ta sẽ có một chuỗi rung đều, tức là tần số rung không thay đổi và không phụ thuộc vào biên độ rung. Tuy nhiên trên thực tế, các chuỗi kiểu ADN là những kết nối không "lý tưởng", cho nên tần số rung của chúng luôn biến thiên và phụ thuộc vào biên độ. Một chuỗi như vậy gọi là chuỗi rung không đều.
Van dẫn nhiệt một chiều hoạt động theo nguyên lý của chuỗi rung không đều này. Chuỗi được chia làm 3 đoạn: đoạn giữa rung cực kỳ không đều, còn đoạn đầu và cuối rung với tấn số ổn định hơn.
Trong hai đầu của chuỗi, có một đầu nóng (gắn với nguồn nhiệt) và một đầu lạnh. Vật liệu ở đầu nóng mềm hơn và đầu ở lạnh cứng hơn, nên người ta còn gọi hai đầu này là đầu mềm và đầu cứng. Khi van hoạt động, đoạn giữa của chuỗi có thể rung hài hòa với đầu mềm khi nó nóng, và với đầu cứng khi nó lạnh - nhưng ngược lại thì không được. Có nghĩa là, khi nhiệt độ đầu mềm thấp hơn ở đầu cứng thì đoạn giữa sẽ không rung nữa, và van ngừng hoạt động.
Minh Hy (theo Nature)