Hervé Henry Les scientifiques ont découvert le solution d’une propriété des matériaux solides connue sous le nom de ferroélectriques.
L’une des principales conclusions de l’étude est que ce contrôle de la conductivité thermique est attribuable à la construction du matériau plutôt qu’à des collisions aléatoires entre les atomes. In addition précisément.
“Nous avons compris que ce changement de posture de ces atomes, et le changement de la character des vibrations, doivent transporter de la chaleur, et donc le champ externe qui modifie cette vibration doit affecter la conductivité thermique”, a déclaré l’auteur principal Joseph Heremans, professeur. en génie mécanique et aérospatial, en science et génie des matériaux et en physique à l’Ohio State College.
“Les gens ont tendance à penser que les vibrations atomiques sont un fait donné et ne répondent pas à un champ électrique ou à un champ magnétique. Et nous disons que vous pouvez les affecter avec un champ électrique.”
Avec l’utilisation d’un basic stimulus électrique externe, la conductivité thermique de ce style de matériau peut être modifiée à température ambiante plutôt qu’aux températures extrêmement basses requises pour contrôler la plupart des matériaux candidats pour les interrupteurs thermiques à semi-conducteurs. disent les chercheurs.
L’étude est publiée aujourd’hui (1er février 2023) dans la revue Science Innovations.
Les ferroélectriques, un sous-ensemble des piézoélectriques, sont des matériaux dans lesquels les rates électriques sur les atomes peuvent former spontanément des dipôles électriques qui s’alignent tous dans la même way. Ces dipôles peuvent être commutés par un champ électrique extérieur.
Jusqu’à présent. Dans ce nouvel report. Le ferron est smart à un champ électrique externe.
“La quasi-particule a toujours été là. Elle n’a tout simplement pas été identifiée et mesurée”, a déclaré le leading auteur Brandi Wooten, doctorant en science et ingénierie des matériaux à l’Ohio State.
Wooten a comparé le comportement des ferrons à une imprecise de stade, chaque admirer de sport représentant une cellule d’atomes rassemblés dans un cristal.
“Vous avez tous ces atomes, et ils ont ce dipôle spécial – un atome avec une demand électrique qui monte et descend crée un dipôle. Vous pouvez penser aux mains des gens qui montent en faisant l’onde comme la force du dipôle – si leurs mains sont en hausse, c’est vraiment fort. S’ils sont un peu en bas, c’est additionally faible, et s’ils sont tout en bas, c’est négatif », a-t-elle déclaré. “C’est la force du dipôle. Nous avons découvert que ces ondes spéciales transportent à la fois la chaleur et la polarisation.”
Cette propriété de transfert de chaleur est induite par le champ électrique à travers un phénomène connu sous le nom de déformation piézoélectrique :, les atomes et les forces entre eux se déplaçant d’avant en arrière, modifiant finalement les propriétés mécaniques du matériau. et, par conséquent, en modifiant sa conductivité thermique, a déclaré Heremans, également éminent chercheur de l’Ohio en nanotechnologie.
“Le ferron est également wise à la déformation dans le solide. Étant donné que le ferron transporte de la chaleur, cela rend la quantité de chaleur transportée dépendante du champ électrique”, a-t-il déclaré. “Nous avons donc écrit une nouvelle théorie qui relie un champ électrique externe, la contrainte qu’il induit dans un ferroélectrique, et finalement remark cette contrainte affecte la conductivité thermique.”
La théorie est prédictive, de sorte que les chercheurs peuvent désormais l’utiliser pour trouver des matériaux où l’effet est beaucoup in addition essential, conduisant finalement à des matériaux suffisamment grands pour être utilisés dans des interrupteurs thermiques dans des programs quotidiennes, comme la collecte d’énergie solaire.
comme le prévoyait la nouvelle théorie. Une série d’expériences quantifiant les vibrations atomiques en mesurant la vitesse des ondes sonores du matériau et les propriétés d’équilibre et de transportation ont validé “que tout dépend uniquement de la framework du matériau, pas nécessairement de ce qui diffuse les vibrations”, a déclaré Wooten.
Les chercheurs étudient actuellement d’autres matériaux qui pourraient augmenter ce changement de conductivité thermique jusqu’à 15%, comme le prédit la nouvelle théorie.
a déclaré Heremans. “Nous recherchons des matériaux qui ont les bons paramètres.”
Ce travail a été soutenu par la Nationwide Science Foundation, le département américain de la Défense.
