自2014年投入使用以来，密歇根大学(University of Michigan)新的超低振动实验室(ULVL)已经实现了两个关键的科学里程碑:在纳米尺度上量化热通量;并表明发光二极管(led)可以用来冷却电子设备。
ULVL的负刚度隔振平台，由负K技术，协助这些发现。它们在每一个ULVL腔中都提供了创纪录的低振动水平，在高于2.5 Hz的频率下，从VC-K到VC-M不等。
最近开放的纳米机械科学与工程卓越中心(NAMSE)拥有超低振动实验室。该设施是通用电气布朗实验室的最新发展，位于密歇根大学北校区的安娜堡。
前机械工程系设施与规划副主任诺埃尔•帕金斯(Noel Perkins)将这种发展解释为“建筑中的建筑”。
纳米工程实验室位于一层，由八个用于纳米计量、温度、机械和干扰研究的超低振动室组成。
这些房间在结构上与建筑的平衡是分开的。这些柱子构成了8英尺(2.4米)厚的地震体，与房间的地板不同，它们之间有隔振台相连。即使是研究人员的脚步也不会中断调查。
Meyhofer与密歇根大学机械工程、材料科学与工程教授Pramod Reddy合作，在纳米尺度的传热、生物力学研究和能量转换方面进行了合作。
纳米结构实验室正被其他研究人员用于为高级计算机构建人工神经元，为医疗应用构建人工血小板细胞。
最小的力在该大学的微动力学实验室进行研究，使用计算模型解释蛋白质组装和DNA的力学，以及病毒的行为。
Fluctuational电动力学
当热量在两个互不相连的物体之间流动时，它在最小尺度上的传播方式是不同的。这些距离大约是人类头发的1/ 50000或者DNA的直径。举个例子，在纳米尺度下，热量的释放速度要快1万倍。
几十年来，研究人员已经知道了这种现象，但他们还没有确定这一过程背后的原因。在ULVL，研究人员现在已经分析了热量是如何在真空中从一个表面到另一个表面的发射距离低至2纳米。
20世纪中期，俄罗斯无线电物理学家谢尔盖·里托夫(Sergei Rytov)提出了一种名为“波动电动力学”(ational electrodynamics)的新理论，概述了在小于10微米的距离内发生的传热过程。从那时起，调查并不总是物证支持。
迈霍费尔说:“在20世纪90年代和21世纪初进行了一些实验，试图进一步验证这些想法，他们发现理论预测和实验结果之间存在很大的差异。”
研究人员表示，由于密歇根大学新实验室的先进性质，他们的研究结果证实了Rytov是正确的。
定制的低振动室
ULVL室是为执行纳米级实验而特制的。它们是如此的精确，以至于对最轻的脚步声都能做出反应。
在隔振室中，隔振系统由地震体和一个先进的低振动台组成，可减少外部振动，并在内部减少与冷却和加热系统或电梯相关的机械振动。
腔室限制了噪音、湿度和温度的变化，以及射频和磁干扰。
“我们的设备代表了真正的最先进水平，”Meyhofer说，“当产生纳米尺度的缺口时，比如我们的纳米尺度的热辐射实验所需要的那些缺口，最轻微的扰动就可以毁掉一个实验。”
在实验室内，研究人员利用定制的“扫描热显微镜探针”，可以直接研究热在金、硅和氮化硅两种表面之间的有效传递。
研究人员选择这些材料是因为它们经常用于纳米技术。
每个被加热到305°F的材料都有一个样品(平面基板)。
他们用探针用同样的材料覆盖了针尖，但确保了针尖底部与温度较低的98华氏度的热储之间的连接。
探测器和样品以缓慢的速度，同时以小的步伐移动，从50纳米开始，直到它们接触。在2nm和50nm的频繁间距(间隙)处分析了针尖的温度。
研究人员发现，快速传热的原因是两个表面的侧面重叠，以及产生热量的倏逝波。这个过程可以在纳米尺度的间隙中观察到。
“这些波只能到达材料间隙的一小段距离，”原机械工程研究生、主要作者之一白松解释道。
宋补充说:“与更远距离的电磁波相比，它们在极端近场的强度是巨大的。当这两种不同设备发出的波重叠时，就产生了巨大的热流。”
用吸热led给超级计算机降温
带有电极的led可以将相邻设备反向冷却到几纳米远。
这项技术可能会为未来的微处理器带来现代的固态技术，在这些微处理器中，将有许多晶体管安装在狭小的空间中，而现代技术将无法有效地消除热量。
“我们已经演示了第二种利用光子来冷却设备的方法，”Reddy解释道，他与Meyhofer共同领导了这项研究。
测量这种冷却并确认发生了什么有趣的事情是非常复杂的。
为了获得足够数量的红外光从一个物体进入LED，两者必须非常接近，小于一个红外光波长。
这对于从瞬间耦合或近场效应中获益至关重要，近场效应允许更多的红外光子从物体中穿过，并被冷却到LED中。
Meyhofer和Reddy的优势在于他们已经对纳米尺度的设备进行了冷却和加热，将它们放置在相隔几十纳米的地方。
一个光子，不可能逃脱冷却的物体，可以在这么近的距离进入LED，几乎就像他们之间的差距不存在。
该小组通过构建一个微量热计来验证这一理论，这是一种量化能量变化的装置，并将其放置在一个米粒大小的微量发光二极管附近。
它们总是产生和接收来自彼此和周围不同来源的热光子。
任何物体在室温下都会发光。例如，夜视摄像机基本上是捕捉来自温暖身体的红外线。”
当LED反向偏置时，它开始从量热计吸收光子，表现为一个非常低温的物体。
间隙同时阻止热量通过传导回到量热计，产生冷却效果。研究小组显示每平方米冷却6瓦。
理论上，这项技术可以产生相当于每平方米1000瓦的制冷效果，或者相当于地球表面阳光的能量。
为实验室设计解决方案
南京工业大学卓越中心建设周期结束后，对超低振动实验室进行了振动检测。
测量结果显示，即使当一辆车行驶在附近的街道上，震动也比标准的标准ULVL要大。
必须有NIST-A的振动判据(VC)(1微英寸，1至20赫兹;确保超低振动实验室的成功。
风险资本规范是由科林·戈登和埃里克·恩加在20世纪80年代早期提出的。它们主要用于半导体工业，但已在一系列技术应用中得到应用。
NIST-A标准是为计量学而制定的，但是已经引起了纳米技术社区的兴趣。
该隔离器提供了0.5赫兹的隔离性能，无论是水平和垂直。对于固有频率为0.5 Hz的隔离系统，隔离从0.7 Hz左右开始，随着振动频率的增加而改善。自然频率更常用来描述系统的性能。
负刚度隔离器在0.5赫兹共振，在这个频率几乎找不到能量。
在0.5赫兹时发现明显的振动是非常罕见的。频率高于0.7 Hz(负刚度隔离器开始隔离)的振动随着频率的增加而迅速衰减。
负刚度隔振器的传递性能明显优于空气系统。传导率是通过隔振器传递的与输入振动有关的振动的量度。
当调整到0.5 Hz时，负刚度隔离器在2 Hz时达到93%的隔离效率;99%为5赫兹;而在10hz时则达到99.7%。
负刚度隔离器提供了一个非常高的性能，作为量化的传递率曲线。
低VC-M水平
Colin Gordon Associates (CGA)是全球著名的振动和声学顾问，在安装了定制的减K负刚度表和隔离器后，完成了最后一次振动调查。他们展示了所有ULVL室从VC-K到VC-M在高于2.5 Hz频率下的振动水平。
振动判据(VC)曲线常被用来评估设备的环境振动。
Colin Gordon Associates的副总裁Hal Amick解释说:“VC-M是我们测量过的最低的频率，尽管我们无法测量到低于2.5 Hz的频率，因为我们最灵敏的传感器由于传感器的噪声地板不会降低。”
这些信息来自- K Technology提供的材料，经过审查和改编。
