Новости космоса и технологий. » Физика » Hot Stuff: необычный тепловой диод выпрямляет тепло в обоих направлениях

Hot Stuff: необычный тепловой диод выпрямляет тепло в обоих направлениях

Опубликовал: Admin, 19-09-2020, 16:57, Физика, 153, 0

Hot Stuff: необычный тепловой диод выпрямляет тепло в обоих направлениях

Вы можете почувствовать это на своем ноутбуке и мобильном телефоне. Он находится за вашим холодильником и офисным копировальным аппаратом. Хотя нагревание желательно для таких приборов, как кофеварка, оно может поставить под угрозу надежность и безопасность электронных систем в других устройствах, вызывая в лучшем случае преждевременный выход из строя, а в худшем - взрывы.

Активный контроль тепло Транспорт, как и термовыключатели и термодиоды, важен для ряда приложений в области нагрева и охлаждения, преобразования энергии, обработки материалов и хранения данных. На практике тепловые диоды являются очень желательными тепловыми компонентами для многих инженерных приложений, поскольку они позволяют энергетическим системам передавать тепло в определенные области, а также защищают их, когда окружающие температуры слишком высоки.

Шенг Шен, профессор машиностроения в Университете Карнеги-Меллона, исследует экзотические явления теплопереноса, такие как термическое выпрямление, в своей лаборатории. Недавно он возглавил исследовательскую группу, которая разработала необычный термодиод из полиэтиленового (ПЭ) нановолокна, который отводит тепло в обоих направлениях за счет изменения рабочей температуры. Это важно, потому что до сих пор для достижения большого и адаптируемого эффекта выпрямления требовался макромасштаб или большой температурный сдвиг. Результаты опубликованы в Nature Communications.

Наноразмерный термодиод, разработанный в этой работе, обеспечивает рекордно высокий эффект термического выпрямления, превышающий любые зарегистрированные экспериментальные значения для твердотельного термического выпрямления, и требует только небольшого температурного смещения менее 10 Кельвинов.

Для изготовления этого двухрежимного твердотельного термостата диод , Сяо Ло, доктор философии Студент и один из ведущих авторов статьи настроили кристаллическое нановолокно из полиэтилена с помощью облучения электронным пучком. В исходном состоянии нановолокно PE при низкой температуре имеет высокая теплопроводность но его проводимость значительно снижается после того, как он подвергается температурному фазовому переходу около 450 градусов Кельвина.

Луо облучил одну часть нановолокна ПЭ, уменьшив теплопроводность и сместив температуру фазового перехода ниже. Оставшаяся часть нановолокна PE - «нетронутая» часть - была оставлена ​​в исходном состоянии, создавая безупречно облученный переход.

«В результате мы получаем гетеропереход, в котором две части перехода имеют разные свойства», - сказал Луо. Поскольку исходная и облученная части претерпевают соответствующие фазовые переходы при разных температурах, тепло может быть выпрямлено в обоих направлениях в зависимости от конкретной температуры. Двухрежимное тепловое выпрямление потенциально может использоваться для активного регулирования теплового потока с целью усовершенствованного управления тепловым режимом и преобразования энергии, что полностью меняет правила игры для ряда промышленных и медицинских приложений.

«В качестве передовых элементов терморегулирования термодиоды могут использоваться для защиты чувствительных к температуре электронных или биомедицинских устройств от колебаний температуры окружающей среды», - сказал Шен. «Например, термодиоды из нановолокна, разработанные в этой работе, полностью биосовместимы и гибки. Они потенциально могут использоваться для защиты биологических образцов или биомедицинских устройств от локальных тепловых всплесков и обеспечения прецизионной Температуры Стабилизации на основе двухрежимного . термическое выпрямление эффект. "

Эта статья, названная «Двухрежимное тепловое выпрямление твердого тела», стала результатом совместной работы исследователей из Университета Карнеги-Меллона, Калифорнийского университета в Сан-Диего, Университета Нотр-Дам и Института исследования материалов и инженерии. Помимо Шена и Луо, соавтором является Майкл Боксталлер, профессор материаловедения и инженерии.


Источник


У данной публикации еще нет комментариев. Хотите начать обсуждение?

Написать комментарий
Имя:*
E-Mail:
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив


Поиск по сайту
Полезные ссылки
Оцените работу сайта

TEHNONEWS

Новости космоса технологий нанотехнологий физики и химии