电气控制下的一个准粒子,可以转移热量

2023年2月2日
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科学家们发现的秘密固体材料的属性称为铁电体,表明内部移动在振动波模式原子携带足够的热量把材料变成一个热敏开关,当一个电场用于外部。

这项研究的重要发现是这控制热导率是由于材料的结构,而不是随机的原子之间的碰撞。具体地说,研究人员描述粒子称为铁试剂的偏振变化之间的“摆动”原子振动,下令摆动和极化,接受外部应用电场,这决定了材料传递热量的能力在不同的利率。

“我们发现这一变化在这些原子的位置,和振动的性质的变化,必须携带热量,因此外部场这个振动必须影响导热系数变化,”资深作者约瑟夫Heremans说,机械和航空航天工程教授材料科学与工程,在俄亥俄州立大学物理学。“人们倾向于认为原子的振动是一个给定的事实和不回应电场或磁场。我们的意思是你可以与电场影响它们。”

使用一个简单的外部电刺激,这种类型的材料的导热系数可以改变在室温下而不是在极低的温度需要控制了大部分的候选材料固态热开关,提高技术的实际应用的可能性,研究人员说。

研究中使用的材料是一种常见的锆钛酸铅陶瓷材料属于一个类称为压电体,而改变形状,当电场应用或机械应力下产生电荷。

压电体的一个子集,铁电体材料原子上的电荷可以自发形成电偶极子,都排列在同一个方向,形成被称为极化。这些偶极子可以转由外部电场。

“准粒子一直存在。只是还没有被识别和测量,”第一作者布Wooten说博士生在俄亥俄州立大学的材料科学与工程。

体育场波Wooten比作铁试剂的行为,与每一个体育迷代表一个细胞的原子晶体收集在一起。

这传热性质是由电场诱导的现象称为压电应变:晶格合同或延伸的电压时,与原子和部队之间来回移动,最终改变材料的力学性能,因此,改变其热导率,俄亥俄州Heremans说,也是一位杰出的学者在纳米技术。

“铁试剂也敏感菌株固体。自从铁试剂携带热量,使热量进行依赖于电场,”他说。“所以,我们写了一个新的理论与外部电场,在铁电体的应变,并最终这一毒株如何影响导热系数”。

理论预测,研究人员现在可以用它来找到材料,效果要大得多,最终导致材料的地方足够大热交换机在日常中使用应用程序,像太阳能的收集。

应用材料的电场产生2%的最大和最小电导率之间的区别——新理论预测将会如此。一系列的实验量化原子振动通过测量材料的声波的速度和平衡和运输性能验证”,这一切只取决于材料结构,不一定振动散射,“Wooten说。

研究人员目前正在研究其他材料,可能增加15%的热导率的变化,新的理论预测。

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