Elektriskais lauks noskaņo siltuma transportēšanu cietās daļiņās

Ietekmējot to, kā fononi pārvietojas pa kristāla režģi, elektriskais lauks var sākt veidot gan siltuma pārneses ātrumu, gan virzienu.

Pētnieki Oak Ridge National Laboratory, strādājot ar zinātniekiem no Ohaio štata universitātes un Amphenol Corporation, ir pierādījuši metodi, kā kontrolēt siltuma plūsmu cietos materiālos, izmantojot elektrisko lauku.Rezultāti liecina, ka noteikta viedā keramika var mainīt to, kā siltumu nesošās vibrācijas pārvietojas caur kristālu, nodrošinot elektriski regulējamu termisko transportu.

Spēja regulēt siltuma plūsmu materiāla iekšienē varētu praktiski ietekmēt tehnoloģijas, kurās siltuma pārvaldība ir kritiska.Elektriski kontrolēta siltuma vadītspēja var veicināt uzlabotu dzesēšanu elektroniskajās sistēmās, efektīvāku cietvielu enerģijas pārveidošanu un labāku termisko regulēšanu mikroshēmu mēroga ierīcēs.Siltuma transportēšanas virziena vadība varētu būt noderīga arī lietojumos, kur pārmērīgs siltums ierobežo sistēmas veiktspēju.

Šī pieeja darbojas, mainot to, kā atomu vibrācijas pārvietojas pa kristāla režģi.Kad tiek pielietots elektriskais lauks, iekšējie lādiņi keramikā izlīdzinās lauka virzienā.Šī izlīdzināšana samazina fononu izkliedi, mikroskopiskās vibrācijas, kas ir atbildīgas par siltuma pārnešanu caur cietām vielām.Ja to ceļā ir mazāk traucējumu, vibrācijas var pārvietoties tālāk, pirms izkliedē enerģiju, tādējādi pagarinot fononu kalpošanas laiku un ātrāku siltuma pārnesi.

Efekts tiek novērots materiālu klasē, kas pazīstama kā feroelektriskā keramika uz relaksora bāzes.Kad tos pakļauj elektriskajam laukam, to iekšējie dipoli izlīdzinās procesā, ko sauc par polingu.Mērījumi liecina, ka fononi, kas pārvietojas pa lauka virzienu, saglabājas ilgāk nekā tie, kas pārvietojas tam perpendikulāri, palielinot siltumvadītspēju lauka virzienā līdz gandrīz trīs reizēm, nekā novērots pāri kristālam.Uzvedība tika pārbaudīta, izmantojot eksperimentus, kas tika veikti Spallation Neutron Source, izmantojot neelastīgu neitronu izkliedi, lai novērotu gan atomu struktūru, gan dinamisko kustību materiālā.

Puspa Upreti, Oak Ridge National Laboratory pēcdoktorantūras zinātniskais līdzstrādnieks, saka, ka darbs norāda uz jaunām iespējām siltumenerģijas pārvaldībā progresīvos materiālos."Spēja kontrolēt gan siltuma plūsmu, gan to, cik ātri un kādā veidā var radīt ierīces, kas daudz efektīvāk pārvalda siltumenerģiju."