Електричне поле майже утричі посилило теплопровідність спеціальної кераміки

Дослідники Окриджської національної лабораторії разом з Університетом штату Огайо та Amphenol показали, що електричне поле може спрямовано змінювати перенесення тепла у фероелектричній кераміці. У зразках теплопровідність уздовж напрямку поля стала майже утричі вищою, ніж упоперек нього. Результат, опублікований у PRX Energy, значно перевищив попередні ефекти на рівні 5–10 відсотків.

Що відбулося всередині матеріалу

Тепло в кристалі переносять фонони — колективні коливання атомів. Після прикладання поля дрібні електричні заряди в кераміці вирівнялися, тому фонони в обраному напрямку рідше розсіювалися, довше існували та проходили більшу відстань. Команда підтвердила цей механізм вимірюваннями теплопровідності й нееластичним розсіюванням нейтронів на установці Spallation Neutron Source. Це дозволило одночасно побачити структуру кристала і динаміку атомів.

Кероване перенесення тепла потрібне для електроніки, твердотільного охолодження без рухомих частин, перетворення відпрацьованого тепла на електроенергію та промислової когенерації. Сам експеримент ще не є готовою системою охолодження, але він встановлює практичний принцип: напрямок і швидкість теплового потоку можна перемикати електрично, змінюючи час життя фононів. Подальша робота має визначити, як ефект масштабується в реальних компонентах і циклах нагрівання.