전기장은 고체의 열 전달을 조정합니다.

포논이 결정 격자를 통해 이동하는 방식에 영향을 줌으로써 전기장은 열 전달 속도와 방향을 모두 형성하기 시작할 수 있습니다.

오하이오 주립대학교 및 Amphenol Corporation의 과학자들과 협력하는 Oak Ridge 국립 연구소의 연구원들은 전기장을 사용하여 고체 물질의 열 흐름을 제어하는 ​​방법을 시연했습니다.연구 결과는 특정 스마트 세라믹이 열 전달 진동이 결정을 통해 이동하는 방식을 변경하여 전기적으로 조정 가능한 열 전달을 가능하게 할 수 있음을 보여줍니다.

재료 내부의 열 흐름을 조절하는 능력은 열 관리가 중요한 기술에 실질적인 영향을 미칠 수 있습니다.전기적으로 제어되는 열 전도는 전자 시스템의 냉각 개선, 더 효율적인 고체 에너지 변환 및 칩 규모 장치의 더 나은 열 조절을 지원할 수 있습니다.열 전달의 방향 제어는 과도한 열이 시스템 성능을 제한하는 응용 분야에도 도움이 될 수 있습니다.

이 접근 방식은 원자 진동이 결정 격자를 통해 이동하는 방식을 수정하여 작동합니다.전기장이 가해지면 세라믹 내의 내부 전하는 전기장 방향을 따라 정렬됩니다.이러한 정렬은 고체를 통해 열을 전달하는 미세 진동인 포논의 산란을 감소시킵니다.경로에 방해가 적으므로 진동은 에너지를 소멸하기 전에 더 멀리 이동할 수 있으므로 포논 수명이 길어지고 열 전달이 빨라집니다.

이 효과는 완화제 기반 강유전성 세라믹으로 알려진 재료 종류에서 관찰됩니다.전기장이 가해지면 내부 쌍극자가 폴링(poling)이라는 과정을 통해 정렬됩니다.측정 결과에 따르면 필드 방향을 따라 이동하는 포논은 수직으로 이동하는 포논보다 오래 지속되어 필드 방향을 따라 열전도도가 결정 전체에서 관찰되는 것의 거의 3배로 증가합니다.물질 내 원자 구조와 동적 운동을 관찰하기 위해 비탄성 중성자 산란을 사용하는 파쇄 중성자 소스에서 수행된 실험을 통해 거동을 조사했습니다.

오크리지 국립연구소(Oak Ridge National Laboratory)의 박사후 연구원인 Puspa Upreti는 이번 연구가 첨단 재료의 열에너지 관리에 대한 새로운 가능성을 제시하고 있다고 말했습니다."열 흐름의 속도와 방식을 모두 제어할 수 있으면 열 에너지를 훨씬 더 효율적으로 관리하는 장치가 탄생할 수 있습니다."