Liderliğindeki bir ekip Minnesota Universitesi bilim adamları ve mühendisler, ısı akışını “anında” kontrol etmek amacıyla malzemelerin termal iletkenliğini ayarlamak için yeni bir yöntem keşfettiler. Ayar aralığı, sahada tek adımlı işlemler arasında şimdiye kadar kaydedilen en yüksek aralıktır ve daha enerji verimli ve dayanıklı elektronik cihazların geliştirilmesine kapı açacaktır.
ABD Ulusal Bilim Vakfı–desteklenen araştırma şurada yayınlandı Doğa İletişimi.
Elektrik iletkenliği bir malzemenin elektriği ne kadar iyi taşıyabileceğini belirlediği gibi, termal iletkenlik de bir malzemenin ısıyı ne kadar iyi taşıyabileceğini tanımlar. Örneğin, kızartma tavalarının yapımında kullanılan birçok metal, yüksek ısı iletkenliğine sahiptir, böylece yiyeceklerin pişirilmesi için ısıyı verimli bir şekilde aktarabilirler.
Tipik olarak bir malzemenin termal iletkenliği sabit ve değişmeyen bir değerdir. Ancak ekip, yakıt hücrelerinde sıklıkla kullanılan bir malzeme olan lantan stronsiyum kobaltitte bu değeri “ayarlamak” için basit bir süreç keşfetti. Bir anahtarın bir ampule giden elektrik akışını kontrol etmesi gibi, araştırmacıların yöntemi de cihazlarda ısı akışını açıp kapatmanın bir yolunu sunuyor.
Araştırmanın yazarlarından Xiaojia Wang, “Bir malzemenin ısıyı ne kadar iyi aktarabildiğini kontrol etmek günlük yaşamda ve endüstride büyük önem taşıyor” dedi. “Bu araştırmayla, insanların her gün kullandığı elektronik cihazlarda etkili termal yönetim ve enerji tüketimi açısından umut vaat eden, rekor düzeyde yüksek bir termal iletkenlik ayarı elde ettik. İyi tasarlanmış ve işleyen bir termal yönetim sistemi, daha iyi bir kullanıcı deneyimi ve daha iyi bir kullanıcı deneyimi sağlayacaktır. Cihazları daha dayanıklı hale getiriyoruz.”
Wang’ın ekibi, laboratuvarı malzeme sentezinde uzmanlaşmış Chris Leighton ile birlikte çalıştı.
Leighton’ın ekibi, iyonların (elektrik yüklü moleküllerin) malzemenin yüzeyine sürüldüğü, elektrolit geçitleme adı verilen bir işlemi kullanarak lantan stronsiyum kobaltit cihazlarını üretti. Bu, Wang ve araştırma ekibinin malzemeye düşük voltaj uygulayarak malzemeyi manipüle etmesine olanak sağladı.
Çalışmanın yazarlarından Leighton, “Elektrolit geçitleme, malzemelerin özelliklerini kontrol etmek için son derece güçlü bir tekniktir ve elektronik, manyetik ve optik davranışların voltaj kontrolü için iyi bir şekilde oluşturulmuştur” dedi.
“Bu yeni çalışma, bu yaklaşımı, fiziksel davranışın voltaj kontrolünün daha az araştırıldığı termal özellikler alanına uyguluyor. Sonuçlarımız, etkileyici bir aralıkta düşük güçlü, sürekli olarak ayarlanabilen termal iletkenlik sağlıyor ve bazı heyecan verici potansiyel cihaz uygulamalarının önünü açıyor.”
Çalışmaların çoğu Minnesota Üniversitesi Malzeme Araştırma Bilim ve Mühendislik Merkezi’nde gerçekleştirildi, bir kısmı da Ulusal Nanoteknoloji Koordineli Altyapısı aracılığıyla NSF tarafından desteklenen Minnesota Nano Merkezi’nde yapıldı.