Forskere finder nyt faststofmateriale til termisk regulering

Omkring 90 % af verdens energiforbrug involverer generering eller manipulation af varme, mens styring af termisk transport stadig er en udfordring på mange områder, varierende fra mikro- og nanoskala elektroniske enheder til aeronautik. Materialer, der udviser en brat overgang mellem lav og høj termisk ledningsevne, er stærkt ønsket til hurtigt udviklende termiske reguleringsapplikationer.

I en ny rapport offentliggjort den Acta Materialia , et fælles hold ledet af prof. Tong Peng og prof. Zhang Yongsheng fra Institute of Solid State Physics (ISSP) under Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS) rapporterede deres nye resultater om en skarp ændring af termisk ledningsevne på op til 200 % inden for et temperaturinterval på 40 Kelvin i sulfider Ni1 _-x Fe _x S.

"Den observerede ændring af termisk ledningsevne overstiger dem, der er rapporteret i andre termiske reguleringsmaterialer, " sagde prof. Tong, "I øvrigt, driftstemperaturen kan justeres godt ved at justere jernkoncentrationen, gør en sådan termisk ledningsevnereguleringsordning tilpasset til forskellige anvendelsesbehov."

"Vi lavede teoretiske beregninger, " sagde prof. Zhang, en teoretisk fysiker, "og fandt ud af, at det store spring af termisk ledningsevne stammer fra den dramatiske ændring af den elektroniske struktur ved førsteordens faseovergang."

Materialet er skørt af natur, så gruppen gjorde noget mere. De tilføjede sølv for at forbedre bearbejdeligheden og den termiske cyklingsstabilitet, hvilket er gavnligt for de praktiske anvendelser.

Det store spring i termisk ledningsevne sammen med reversibilitet tyder på, at de nuværende materialer er et nyt lovende materiale til termiske styringsapplikationer. Udover, de sekskantede sulfider er nemme at syntetisere, og råvarerne er miljøvenlige.

Masser af anvendelse kan introduceres til dette materiale. For eksempel, det kan bruges til at konstruere termiske dioder. Ligesom elektroniske dioder, termiske dioder tillader kun varmestrømmen at bevæge sig i en bestemt retning, mens den blokerer i den modsatte retning. Da dens varmeledningsevne kan justeres autonomt, dette materiale kan også anvendes for at holde den optimale temperatur mod omgivelsernes temperaturvariation.