Electric Field Tunes Heat Transport Sa Solids

Sa pamamagitan ng pag-impluwensya sa kung paano naglalakbay ang mga phonon sa isang kristal na sala-sala, maaaring simulan ng isang electric field ang parehong bilis at direksyon ng transportasyon ng init.

Ang mga mananaliksik sa Oak Ridge National Laboratory, na nagtatrabaho sa mga siyentipiko mula sa The Ohio State University at Amphenol Corporation, ay nagpakita ng isang paraan upang makontrol ang daloy ng init sa mga solidong materyales gamit ang isang electric field.Ang mga natuklasan ay nagpapakita na ang ilang mga smart ceramics ay maaaring baguhin kung paano ang init na nagdadala ng mga vibrations ay gumagalaw sa isang kristal, na nagpapagana ng electrically tunable thermal transport.

Ang kakayahang mag-regulate ng daloy ng init sa loob ng isang materyal ay maaaring magkaroon ng mga praktikal na implikasyon para sa mga teknolohiya kung saan ang thermal management ay kritikal.Maaaring suportahan ng electrically controlled heat conduction ang pinahusay na paglamig sa mga electronic system, mas mahusay na solid state energy conversion at mas mahusay na thermal regulation sa chip scale device.Ang direktang kontrol ng transportasyon ng init ay maaari ding makinabang sa mga aplikasyon kung saan ang sobrang init ay naglilimita sa pagganap ng system.

Gumagana ang diskarte sa pamamagitan ng pagbabago kung paano gumagalaw ang mga atomic vibrations sa crystal lattice.Kapag inilapat ang isang electric field, ang mga panloob na singil sa loob ng ceramic ay nakahanay sa direksyon ng field.Binabawasan ng pagkakahanay na ito ang pagkalat ng mga phonon, ang mga microscopic vibrations na responsable sa pagdadala ng init sa pamamagitan ng mga solido.Sa mas kaunting mga pagkagambala sa kanilang landas, ang mga vibrations ay maaaring maglakbay nang mas malayo bago mawala ang enerhiya, na nagreresulta sa mas mahabang buhay ng phonon at mas mabilis na transportasyon ng init.

Ang epekto ay sinusunod sa isang klase ng mga materyales na kilala bilang relaxor based ferroelectric ceramics.Kapag sumailalim sa isang electric field, ang kanilang mga panloob na dipoles ay nakahanay sa isang proseso na kilala bilang poling.Ipinapakita ng mga sukat na ang mga phonon na gumagalaw sa direksyon ng field ay nagpapatuloy nang mas mahaba kaysa sa mga naglalakbay na patayo dito, na nagpapataas ng thermal conductivity sa direksyon ng field sa halos tatlong beses na naobserbahan sa kabuuan ng kristal.Ang pag-uugali ay napagmasdan sa pamamagitan ng mga eksperimento na isinagawa sa Spallation Neutron Source gamit ang inelastic neutron scattering upang obserbahan ang parehong atomic na istraktura at dynamic na paggalaw sa loob ng materyal.

Sinabi ni Puspa Upreti, isang postdoctoral research associate sa Oak Ridge National Laboratory, na ang gawain ay tumuturo sa mga bagong posibilidad para sa pamamahala ng thermal energy sa mga advanced na materyales."Ang kakayahang kontrolin ang parehong kung gaano kabilis at sa kung anong paraan ang daloy ng init ay maaaring humantong sa mga device na mas mahusay na namamahala ng thermal energy."