研究人员即时调整材料的热导率以获得更节能的设备
由明尼苏达双城大学的科学家和工程师领导的团队发现了一种调整材料导热性以“动态”控制热流的新方法。他们的调谐范围是该领域一步法过程中有史以来最高的，将为开发更节能、更耐用的电子设备打开一扇大门。
研究人员的论文发表在 Nature Communications 上， 这是一份涵盖自然科学的同行评审科学期刊。
正如电导率决定了材料传输电力的能力一样，热导率描述了材料传输热量的能力。例如，许多用于制造煎锅的金属具有高导热性，因此它们可以有效地传输热量来烹饪食物。
通常，材料的热导率是一个恒定不变的值。然而，明尼苏达大学的团队发现了一个简单的过程来“调整”钴酸镧锶的这个值，钴酸镧是一种常用于燃料电池的材料。类似于开关控制电流流向灯泡的方式，研究人员的方法提供了一种在设备中打开和关闭热流的方法。
“控制材料传热的好坏在日常生活和工业中都非常重要，”该研究的共同通讯作者、明尼苏达大学机械工程系副教授 Xiaojia Wang 说。“通过这项研究，我们实现了创纪录的热导率调整，显示出人们每天使用的电子设备的有效热管理和能源消耗的希望。一个设计良好且运行良好的热管理系统将带来更好的用户体验，并使设备更耐用。”
Wang 的团队与明尼苏达大学杰出麦克奈特大学教授 Chris Leighton 合作，后者的实验室专门研究材料合成。
Leighton 的团队使用称为电解质门控的工艺制造了钴酸镧锶器件，在该工艺中，离子(带电荷的分子)被驱动到材料表面。这使得 Wang 和她的研究团队能够通过向其施加低电压来操纵材料。
“电解质门控是一种控制材料特性的非常强大的技术，并且在电子、磁和光学行为的电压控制方面得到了很好的应用，”该研究的共同通讯作者、该大学的教员 Leighton 说。明尼苏达化学工程与材料科学系。“这项新工作将这种方法应用于热性能领域，其中对物理行为的电压控制探索较少。我们的结果在令人印象深刻的范围内建立了低功耗、连续可调的热导率，开辟了一些非常令人兴奋的潜在设备应用。”
“虽然测量钴酸镧锶薄膜的热导率具有挑战性，因为它们非常薄，但当我们最终让实验开始工作时，还是非常令人兴奋的，”该论文的第一作者、明尼苏达大学机械学院的张莹莹说。工程博士 校友。“这个项目不仅提供了一个调整材料导热性的有希望的例子，而且还展示了我们在实验室中使用的强大方法来推动具有挑战性的测量的实验极限。”
这项研究主要由国家科学基金会通过明尼苏达大学材料研究科学与工程中心 (MRSEC) 资助。部分研究是在大学的表征设施和明尼苏达纳米中心进行的。
除了 Wang、Leighton 和 Zhang，研究团队还包括明尼苏达大学机械工程系博士。学生张驰;明尼苏达大学化学工程与材料科学系研究员 William Postiglione、Vipul Chaturvedi 和 Kei Heltemes;犹他大学盐湖城研究人员 Rui Xie、Hao Zhou 和 Tianli Feng;和阿贡国家实验室物理学家周华。
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