Ny solid-state termisk diode udviklet med bedre ensretterydelse

Effektiv styring af varmeoverførsel er vigtig for at forbedre energieffektiviteten. Den termiske diode er et af nøgleelementerne i varmestrømskontrol. Ligesom den nuværende ensretningseffekt fundet i elektroniske dioder, varmestrømmen holdes let i én retning i en termisk diode, mens den er blokeret i den modsatte retning. Der kan opnås en betydelig varmeretning ved at bruge en forbindelse mellem to faste materialer med modsatte tendenser i termisk ledningsevne som funktion af temperaturen. Denne type termisk diode tilbyder skalerbarhed og en simpel analogi af elektrisk diodedesign.

Et team ledet af prof. Tong Peng fra Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS) fra Chinese Academy of Sciences (CAS) havde rapporteret, at de havde fundet sulfider Ni _1-x Fe _x S, en række materialer, der kan åbne op for nye måder at skabe bedre termisk ensretning på.

For nylig, det samme hold meddelte, at de konstruerede en ny termisk diode med et kombineret materiale af Ni _0,85 Fe _0,15 S og aluminiumoxid, som viste overlegen ydeevne i forhold til andre solid-state termiske dioder, der nogensinde er rapporteret. Deres opdaterede resultat blev offentliggjort på Journal Fysisk gennemgang anvendt .

I deres tidligere undersøgelse, de opdagede det bratte spring af termisk ledningsevne i nærheden af ​​førsteordens faseovergang (FOPT) i Ni _1-x Fe _x S. Ændringen af ​​termisk ledningsevne er så høj som 200%, hvilket antyder, at sulfiderne er lovende materialer til at designe termiske solid-state dioder.

På denne base, de konstruerede en termisk diode med Ni _0,85 Fe _0,15 S (bundet med 10 vægt% Ag) og Al ₂ O ₃ som to segmenter. Den termiske diode udviser fremragende termisk ensretningsydelse. Når den kolde ende af den termiske diode er indstillet til 250 K, ved en temperaturforspænding på 97 K, den maksimale termiske ensretningskoefficient γ _max når 1,51.

Ni _0,85 Fe _0,15 S/Al ₂ O ₃ termisk diode viser fordele i forhold til andre solid-state termiske dioder. Nemlig dens γ _max er den største blandt de rapporterede værdier, i mellemtiden den ønskede temperaturbias for kørsel γ _max er mindst 100 K mindre end den for rapporterede termiske dioder med sammenlignelige γ _max værdier.

Den enestående termiske ensrettereffekt af den nuværende termiske diode kan have potentielle anvendelser i termiske styringssystemer såsom kaloriekøling og energiomdannelse.

I øvrigt, på grundlag af systematisk eksperimentel og teoretisk analyse, holdet afklarede, hvordan den termiske ensretningsfaktor påvirkes af den kolde terminaltemperatur, længdeforholdet af Ni _0,85 Fe _0,15 S og Al ₂ O ₃ segmenter, og skarpheden af ​​FOPT af Ni _0,85 Fe _0,15 S.

Disse nye resultater giver guider til at designe nye solid-state termiske dioder i fremtiden.