Engineering, um die Hitze In (oder Out) für billig zu halten

Diese ScienceLives Artikel wurde LiveScience in Zusammenarbeit mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.

Alan Feinerman ist Associate Professor an der University of Illinois at Chicago, wo er ein Forschungsprogramm mit Schwerpunkt auf Innovationen in den Bereichen der Mikrofabrikation und Mikroelektronik gebaut hat. Eine wichtige Erfindung seiner beinhaltet die Entwicklung von eine extrem niedrige Wärmeleitfähigkeit Isolierung bieten zuverlässige und effiziente Kühlung in verschiedenen kühlen und heizen. Feinerman ist als Gründer und Chief Technology Officer bei Erhaltung Technologien, ein Startup, das beinhaltet Vakuumisolationspaneele mit Technologie ausgerichtet, um Energie zu sparen.

Name: Alan Feinerman
Alter: 56
Institution: University of Illinois at Chicago, thermische Konservierung Technologien
Fachrichtung: Physik

Was inspirierte Sie zu dieser Fachrichtung zu wählen?
Ich war schon immer Interesse an der Nutzung von Wissenschaft, um reale Probleme zu lösen, und ich immer das Gefühl, dass durch die Erforschung alternativer Geometrien, neue Lösungen erscheinen würde. Wenn ich eine Graduiertenschule der Wahl war, traf ich einen Professor, der mir erzählte, wie die Anordnung der supraleitenden Atome verändert, bevor sie supraleitenden wurden. Er wollte sperren die Atome in ihrer Hochtemperatur-Anordnung durch sandwiching sie zwischen Schichten von Atomen, die ihre Anordnung nicht geändert haben. Die Idee hat nicht funktioniert, aber es mich auf seine Gruppe an der Northwestern University verkauft.

Was ist der beste Ratschlag, den Sie jemals bekommen?
(1) Wenn ein neues Problem anpackt, zunächst stellen Sie vor, was die ideale Lösung aussehen wird und dann einen Weg finden, es zu verwirklichen. (2) wenn wir zuerst darüber nachdenken welche Tools bereits verfügbar sind, beschränken wir uns auf die bestehenden Lösungen. (3) sorgen Sie mach dir keine, haben Sie kein Geschäft stecken Ihre Nase in diesem Bereich (mein Rat an mich).

Was war Ihre erste wissenschaftliche Experiment als ein Kind?
Als ich in der dritten Klasse war, ein Freund von mir hat mich zu einem Haus im Bau und wir spielten eine Spiel zu sehen, wer die meisten Fenster brechen könnte, durch Werfen von Steinen. Ich erkannte schnell, dass einem Besenstiel ein effizientes Instrument wäre für die Glasscheiben zerbrechen und bald geschafft, alle Fenster der ersten Etage. Der nächste Tag Kriminalbeamten besucht mein Haus und nahm mir das Versprechen zu unterlassen weitere solche Experimente über die Fraktur Eigenschaften von spröden Werkstoffen.

Was ist Ihre Lieblings daran, ein Forscher?
Ich kann arbeiten auf, was ich an meiner Universität wollen. Ich wachte eines morgens und ein Experiment mit einer Miniatur-Fahrradkette bauen wollte, aber war schockiert, wie teuer diese Ketten sind, wenn sie kleine Links verwenden. Ich dachte über das Problem, kam mit einer neuen Weise zu Ketten, ging in meinem Labor und machte es bei meinem zweiten Versuch funktioniert.

Was ist das wichtigste Merkmal eines Forschers muss nachweisen, um eine effektive Forscher sein?
Eine Kombination von Geduld, zähen Beharrlichkeit, eine wilde Phantasie und viel, viel harter Arbeit! Mindestens neun von zehn Dinge, die Sie versuchen funktioniert nicht, und wenn das den Wind aus den Segeln nehmen können dann werden Sie keinen Erfolg.

Was sind die gesellschaftlichen Vorteile Ihrer Forschung?
Wir verwenden mehr als ein Drittel unserer Energie nur auf Heizung und Kühlung, so dass mehr effektive Wärmedämmung hat das Potenzial, diese Komponente des Vereins Energiehaushalt um fast 80 Prozent zu reduzieren.

Styropor ist für mich ein "noch-Luft Wärmeisolator", und es hat immer das Gefühl, tot zu mir. Hatte einige Grundausbildung in Wärmedämmung, suchte ich in Styropor durch Vakuumisolationspaneele zu ersetzen, da Vakuum kann eine gute Isolierung. Aber ich hatte eine Struktur zu schaffen, die fast 15 Pfund pro Quadratzoll unterstützen könnte – gleichbedeutend mit einer 100-Pfund-Person balancieren auf ein Hockey-Puck.

Meine erste Idee war, eine spärliche Sammlung von spindeldürren Beine, aber wenn ich ungefähr 220 Pfund auf drei Joghurtbecher ausgeruht, die Tassen faltig und die Gewichte zu verwenden kam zum Einsturz (siehe vorher und nachher Bilder). Ich erkannte, dass wenn ich eine Hängebrücke Struktur, wie die Golden Gate Bridge, die Federelemente in Spannung nicht Schnalle könnte oder Falten machen könnte und vielleicht sogar weniger Wärme als spindeldürren Beine passieren – wenn das richtige Material gewählt wurde.

Ich beschloss, Kevlar zu verwenden, da es hat enorme Zugfestigkeit, viermal, die von 1090 Stahl und sehr niedrige Wärmeleitfähigkeit — ein Tausendstel, 1090 Stahl. Diese extrem große Verhältnis von Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit machte es die ideale Zug-Unterstützung.

Das nächste Problem musste ich überlegen war Rand Verlust. Selbst wenn die Federelemente perfekte Isolatoren, passieren die Werkstückkante noch viel Wärme. Unternehmen machen Vakuumisolationspaneele, die innerhalb einer 0,0003 Zoll dickes Aluminium Folienschicht versiegelt werden. Das Aluminium ist ein Drittel der Dicke der Folie ordentliche Küche, zwar auf einem 36-Zoll-quadratische Platte es das gleiche wie putting ein 0.23 Zoll Durchmesser Aluminiumstab zwischen den heißen und kalten Zonen. Wenn der Warmseite einer 1 Zoll dicke Platte 70 Grad Fahrenheit ist und der kalten Seite 20 Grad Celsius, die Verbindung ein Wärmestrom von 7,3 Watt oder fast doppelt so viel von einer Glühlampe Nachtlicht verbrauchten Energie verursacht.

Ein 10-Zoll dickes Stück Styropor, das 36 Zoll im Quadrat war würde nur 2,6 Watt unter den gleichen Bedingungen weitergeben. Verwendung von dünnen Edelstahl hat einen fünfzehnten die Wärmeleitfähigkeit von Aluminium, der Wärmefluss am Rand reduziert werden konnte, und der gesamte Wärmefluss in einem 36-Zoll-Panel, das 0,5 Zoll dick war wäre 2,3 Watt. Während dieser Unterschied im Stromverbrauch unbedeutend erscheinen mag, summiert es sich, da wir Heizen und kühlen von Gebäuden mit enormen Flächen.

Wer hat den größten Einfluss auf Ihr Denken als Forscherin hatte?
Meine Großmutter wollte immer meine Flügel auszubreiten und zu fliegen. Während fast alle anderen eine eher ruhige und schüchterne Kind in mir sah, sah sie Räder ständig drehen. Sie zahlte meine Studiengebühren an Cornell angewandte Physik-Programm, das einen unglaublichen Ausbildung war.

Sie würde bring mich zu Kunstausstellungen und ermutigen mich, tief betrachten die Werke — viele von denen ich nicht verstanden – versuchen, die Ursache zu finden, ein Künstler einen Stoff wählte, und interpretieren es die Art und Weise er oder sie getan hat. Es machte mir schon früh klar, dass Forscher müssen auch eine tiefe Wertschätzung der Natur, wenn Experimente zu tun, um besser zu verstehen, die Gründe für was sie beobachten.

Was ist mit Ihrem Bereich oder als Forscher tun Sie denken würden die meisten Leute überraschen?
Die meisten Menschen wissen nicht, wie kreativ und spannend Wissenschaft und Technik ist oder sein kann. Es ist nicht nur Künstler und Schriftsteller, die Spaß an ihren Arbeitsplatz haben.

Wenn Sie nur eine Sache von Ihrem brennenden Büro oder Labor retten könnten, was wäre das?
Sie können die Aufzüge im Brandfall nicht verwenden. Wenn ich ein begehrter Stück der Ausrüstung in den Flur außerhalb meiner dritten Stock Lab in einem Versuch, es zu speichern auf Rädern, blockiert dies andere Leute von dem Versuch, das Gebäude zu verlassen. Nachdem Zeugen mehrere Feueralarm Bohrer und sogar eine gelegentliche Feuer, entdeckte ich, es gibt eine Menge von Wartezeiten für die Feuerwehr, seine Arbeit zu erledigen – das Feuer gelöscht, und dann erklären, dass die Gefahr vorüber ist. Also würde ich dafür sorgen, ein Blatt Papier, einige Druckbleistifte und einen Taschenrechner zu greifen, so ich diese Wartezeit verwenden konnte, um neue Ideen zu untersuchen.

Welche Musik spielen Sie in den meisten Fällen in Ihrem Labor oder im Auto?
Ich bin unfähig sich zu konzentrieren, wenn es gibt überhaupt Musik in meinem Labor. In meinem Auto höre ich classic Rock. Und Motown immer macht die Fahrt schnell vergehen.

Anmerkung der Redaktion: Diese Forschung wurde unterstützt durch die National Science Foundation (NSF), die Bundesagentur für angeklagt Finanzierung von Grundlagenforschung und Ausbildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik. Meinungen, Erkenntnisse und Schlussfolgerungen oder Empfehlungen ausgedrückt in diesem Material sind die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten von der National Science Foundation. Finden Sie das Archiv ScienceLives.