Az elektromos mező hangolja a hőszállítást szilárd anyagokban

Azáltal, hogy a fononok hogyan haladnak át a kristályrácson, az elektromos tér elkezdheti alakítani a hőszállítás sebességét és irányát.

Az Oak Ridge National Laboratory kutatói az Ohio Állami Egyetem és az Amphenol Corporation tudósaival együttműködve bemutattak egy módszert a szilárd anyagok hőáramlásának szabályozására elektromos tér segítségével.Az eredmények azt mutatják, hogy bizonyos intelligens kerámiák megváltoztathatják a hőhordozó rezgések áthaladását a kristályon, lehetővé téve az elektromosan hangolható hőszállítást.

Az anyagon belüli hőáramlás szabályozásának képessége gyakorlati következményekkel járhat olyan technológiák esetében, ahol a hőkezelés kritikus.Az elektromosan szabályozott hővezetés elősegítheti a jobb hűtést az elektronikus rendszerekben, a hatékonyabb szilárdtest-energia-átalakítást és a jobb hőszabályozást a chipskála eszközökben.A hőszállítás irányított szabályozása olyan alkalmazások számára is előnyös lehet, ahol a túlzott hő korlátozza a rendszer teljesítményét.

A megközelítés úgy működik, hogy módosítja az atomi rezgések áthaladását a kristályrácson.Amikor elektromos mezőt alkalmazunk, a kerámián belüli belső töltések a tér iránya mentén igazodnak.Ez az igazítás csökkenti a fononok szóródását, azokat a mikroszkopikus rezgéseket, amelyek felelősek a hő szilárd anyagokon történő átadásáért.Kevesebb megszakítással az útjukban a rezgések messzebbre juthatnak, mielőtt az energiát disszipálnák, ami hosszabb fononélettartamot és gyorsabb hőszállítást eredményez.

A hatás a relaxor alapú ferroelektromos kerámiák néven ismert anyagok osztályában figyelhető meg.Amikor elektromos térnek vannak kitéve, belső dipólusaik egy pólusnak nevezett folyamat során illeszkednek egymáshoz.A mérések azt mutatják, hogy a tér iránya mentén mozgó fononok hosszabb ideig fennmaradnak, mint a rá merőlegesen haladók, így a hővezető képesség a tér iránya mentén a kristályon megfigyeltnek közel háromszorosára nő.A viselkedést a Spallation Neutron Source-nál végzett kísérletekkel vizsgálták rugalmatlan neutronszórás segítségével, hogy megfigyeljék az atomi szerkezetet és az anyagon belüli dinamikus mozgást.

Puspa Upreti, az Oak Ridge National Laboratory posztdoktori kutatója azt mondja, hogy a munka a hőenergia korszerű anyagokban történő kezelésének új lehetőségei felé mutat."A hőáramlás sebességének és módjának szabályozása olyan eszközökhöz vezethet, amelyek sokkal hatékonyabban gazdálkodnak a hőenergiával."