Электрычнае поле настройвае перанос цяпла ў цвёрдых целах

Уплываючы на тое, як фаноны рухаюцца праз крышталічную рашотку, электрычнае поле можа пачаць фармаваць хуткасць і кірунак перадачы цяпла.

Даследчыкі Нацыянальнай лабараторыі Ок-Рыдж, якія працуюць з навукоўцамі з Універсітэта штата Агаё і карпарацыі Amphenol, прадэманстравалі метад кантролю цеплавога патоку ў цвёрдых матэрыялах з дапамогай электрычнага поля.Высновы паказваюць, што пэўная разумная кераміка можа змяняць тое, як вібрацыі, якія нясуць цяпло, рухаюцца праз крышталь, дазваляючы электрычна наладжвальны цеплавы транспарт.

Здольнасць рэгуляваць цеплавы паток унутры матэрыялу можа мець практычныя наступствы для тэхналогій, дзе кіраванне тэмпературай мае вырашальнае значэнне.Электрычна кіраваная цеплаправоднасць можа падтрымліваць паляпшэнне астуджэння ў электронных сістэмах, больш эфектыўнае пераўтварэнне энергіі цвёрдага цела і лепшае цеплавое рэгуляванне ў прыладах з маштабам мікрасхем.Кіраванне накіраванасцю перадачы цяпла можа таксама прынесці карысць прыкладанням, дзе лішак цяпла абмяжоўвае прадукцыйнасць сістэмы.

Падыход працуе, мадыфікуючы тое, як атамныя ваганні рухаюцца праз крышталічную рашотку.Пры прымяненні электрычнага поля ўнутраныя зарады ўнутры керамікі выраўноўваюцца ўздоўж напрамку поля.Такое выраўноўванне памяншае рассейванне фанонаў, мікраскапічных ваганняў, адказных за перанос цяпла праз цвёрдыя целы.З меншай колькасцю перабояў на сваім шляху вібрацыі могуць распаўсюджвацца далей, перш чым рассейваць энергію, што прыводзіць да павелічэння часу жыцця фанонаў і больш хуткага пераносу цяпла.

Эфект назіраецца ў класе матэрыялаў, вядомых як сегнетаэлектрычная кераміка на аснове рэлаксараў.Пры ўздзеянні электрычнага поля іх унутраныя дыполі выраўноўваюцца ў працэсе, вядомым як паляванне.Вымярэнні паказваюць, што фаноны, якія рухаюцца ўздоўж напрамку поля, захоўваюцца даўжэй, чым фаноны, якія рухаюцца перпендыкулярна яму, павялічваючы цеплаправоднасць уздоўж напрамку поля амаль у тры разы, чым назіраецца ў крышталі.Паводзіны былі даследаваны з дапамогай эксперыментаў, праведзеных на Spallation Neutron Source з выкарыстаннем няпругкага рассейвання нейтронаў для назірання як атамнай структуры, так і дынамічнага руху ўнутры матэрыялу.

Пуспа Упрэці, дактарант Нацыянальнай лабараторыі Ок-Рыджа, кажа, што праца паказвае на новыя магчымасці кіравання цеплавой энергіяй у перадавых матэрыялах.«Магчымасць кантраляваць хуткасць і тое, якім чынам цеплавыя патокі могуць прывесці да прылад, якія кіруюць цеплавой энергіяй значна больш эфектыўна».