Wydajność izolacyjną materiału można dowolnie regulować

Większość materiałów ma stałą przewodność cieplną, ale przyłożenie napięcia do tej folii znacznie zmieni jej właściwości termiczne.

Yánjiū Renyuan Faxian Si gǔ yǎnghuà wu (SCO) Ziran cúnzài Yu Yi zhǒng Jiaozuo brownmillite (ZHONGXIN) de yuánzǐ jiégòu Zhong Dan Dang yǎng lízǐ BEI Tianjia DAO qízhōng (TY) shí TA BIAN Dé Geng yǒu Xu Geng dǎorè ER dong qīng lízǐ bèi tiānjiā dào qízhōng (zuǒ) shí, tā biàn dé gèng bù yuu xù, gèng dǎorè. Túpiàn: Yánjiū rényuán tígōng cáiliào de diànzǐ hé cíxìng néng tōngguò yìngyòng diān shūrù ér xiǎnzhù gibiban, xíngchéngle suǒyǒu xizhih di Dànshì, duì rènhé cáiliào de rè dǎo lǜ shíxiàn tóngyàng de kě tiáo kòngzhì yì zhi shì yīgè nányǐ zhuōmō de tànsuǒ. Xiànzài, má shěng lǐgōng xuéyuàn de yīgè yánjiū xiǎozǔ yǐjīng qǔdéle zhòngdà jìnzhǎn. Tāmen shèjìle yī zhǒng chángqí yǐlái yīzhí zài xúnzhǎo de zhuāngzhì, tāmen chēng zhi wèi „diànrè fá”, kěyǐ gēnjù xūyào gǎibiàn rè dǎo lǜ. Tāmen zhèngmíng, zhè zhǒng cáiliào de dǎorè nénglì zài shìwēn xià kěyǐ „tiáojié” 10 bèi. Zhè Xiàng jìshù yǒu kěnéng wéi zhìnéng chuānghù, zhìnéng qiáng, zhìnéng fúzhuāng, shènzhì shì shōují yúre de xi fāngfǎ de kě kòng gi dān dānā. Zhèxiē fāxiàn fābiǎo zài jīntiān de „Zìrán cáiliào” zázhì shàng, fābiǎo zài má shěng lǐgōng xuéyuàn jiàu hāi bìi ·i, ·ìéììGGGGGG bó màn bóshì yǐjí má shěng lǐgōng xuéyuàn hé bùlǔkè hǎi wen guójiā shíyan shì de qíta liù weèi jiàoshòu dì lùnwén zhōng. Rè dǎo lǜ miáoshùle rèliàng zài cáiliào zhōng de chuándì qíngkuàng. Lúrú, zh jiùshì wèishéme nǐ kěyǐ hěn róngyì dì ná qǐ yīgè mù bǐng de rè jiān guō, yinwèi mùou de dǎorè Xìng hěn dī, dǐn nǐ kěnéi hoshi gìi gìi goshi goshi goshi goshi du de dǎorè xìng. Yánjiū Rényuán shǐyòngle yī zhǒng jiàozuò sī gǔ yǎnghuà wù (SCO) de cáiliào, zhè zhǒng cáiliào kěyǐ zhì chéng bómó. Tōngguò xiàng SCO zhōng jiārù chēng wèi he he tiě shǎn xīn kuàng de jīngtǐ xíngshì de yǎngqì, re dǎo lǜ zēngjiā. Jiā Qīng shǐ diāndǎo lǜ jiàngdī. Tiānjiā huò qùúu yǎng he qīng de guòchéng kěyǐ jiǎndān de tōngguò gǎibiàn shījiā zài cáiliào shàng de diànyā lái kòngzhì. Běnzhí shàng, zhège guòchéng shì diàn huàxué qūdòng de. Zǒng de lai shuō, zài shìwēn xià, yánjiū rényuán fāxiàn zhège guòchéng tígōngle cáiliào rèchuángdǎo de shí bèi biànhuà. Yánjiū rényuán shuō, zhè zhǒng diàn kě kòng biànhuà de shùliàngjí fànwéi yǐqián cóng wèi zài rènhé cáiliào zhòng chūxiànguò. Zai dà duōshù yǐ zhi de cáiliào zhōng, dǎorè xìshù shì bà bàn de—— mùtou dǎorè bùo, jīnshǔ dǎorè bù chā. Yīncǐ, dong Yánjiū rényuán fāxiànzài cáiliào de fēnzǐ jiégòu zhōng jiārù muu xiē yuánzǐ shíjang shang kěyǐ tígāo qí dǎorè xìshù shi yi gi Rúguǒ yǒu ona mnie bùtóng Dehua, jiārù éwài de yuánzǐ - huòzhě Geng jùtǐ di Shuo, lízǐ, yuánzǐ bōlíle yīxiē diànzǐ, huòzhě yǒu duōyú de diànzǐ, gei Tamen yīgè Jing diànhè - Hui shǐ dǎodiàn Xing Bian cha (Shishi Zhengming, Zhe shì jiārù qīng ér bùshì yǎng shí de qíngkuàng). „Dāng wǒ kàn dào jiéguǒ shí, wǒ gǎndào hěn jīngyà,” chén shuō. Dan zài jìnyībù yánjiūle zhège xìtǒng zhīhòu, tā shuō, „xiàn zài wǒmen duì wèishéme huì fāshēng zhè zhǒng yì xiǎngbùdào de xiànxiài huǒu. Jiéguǒ Fāxiàn, jiāng yǎng lízǐ chārù dào he tiě shǎn xīn kuàng SCO de jiégòu zhōng, kěyǐ jiāng qi zhuǎnhuà wei gai tài kuàng jiégōu bai zui gai Cóng dī duìchèn jiégòu dao gao duìchèn jiégòu. Tā hái jiǎnshǎole suǒwèi de yǎng kòngwèi quēxiàn wèi diǎn de shùliàng. Zhèxiē gòngtóng dǎozhìle tā gèng gāo de rèchuángdǎo, ”Yildiz shuō. Rè hěn róngyì tōngguò zhè zhǒng gāodù yuu xù de jiégòu chuándǎo, ér tā wǎngwǎng bèi gāodù bù guizé de yuánzǐ jiégòu sǎnshè hé hào san. Xiāng bǐ zhi xià, ynrù qīng lízǐ huì dǎozhì gèng wú xù de jiégòu. „Wǒmen kěyǐ yǐnrù gèng duō de shùnxù, zēngjiā rè dǎo lǜ, huòzhě yǐnrù gèng duō de wú xù, dǎozhì gèng dī de rè dǎo lǜ. Chúle shíyàn zhi wài, wmen men hai kěyǐ tōngguò jìsuàn jiàn mó lái jiějué zhège wèntí, ”Yildiz jiěshì dào. Tā bǔchōng shuō, suīrán zài shìwēn xià, rè dǎo lǜ kěyǐ gǎibiàn yuē 10 bèi, dan zài jiào dī de wēndù xià, zhè zhǒng biànhuà shènzh g. Xin de Fungfǎ Shǐdé Zài Liǎng Gè Fangxiàng Shàng Tōngguò Gibiban Shijiā Zài Bómó Cáiliào Shàng de Diànyā jiù Kieyǐ Liánxù Dì Gǎibiàn ZHhèǒǒǒ. Gal cáiliào yàome jìnrù lízǐ yètǐ (běnzhí Shang Yi Shi zhǒng yètài Yan) Zhong yàome yǔ gùtǐ diànjiězhì jiēchù Dang diànyā Jie Tong Shi gùtǐ diànjiězhì Xiang cáiliào tígōng FU yǎng lízǐ huo Zheng Qing lízǐ (zhízǐ). Zài yètài diànjiězhì de qíngkuàng xià, yng hé qīng de láiyuán shì zhōuwéi kōngqì zhòng de shuǐ de shuǐjiě. „Wǒmen zài zhèlǐ zhǎnshì de shì yīgè zhēnzhèng de gàiniàn yǎnshì”, Yildiz jiěshì dào. Tā shuō, tāmen xūyào shǐyòng yèt diànjiězhì jièzhì lai jìnxíng quán fànwéi de qīnghuà he hengnghuà, zhe shǐdi zhè zhǒng xììi shi dyi shi Hai xūyào jìnyībù de yánjiū lái zhìzuò yīgè gèng shíyòng de bǎnběn. „Wǒmen zhīdào yǒu gùtài diànjiězhì cáiliào” lǐlùn shàng kěy tǐi tài, Gai xiǎozǔ zhèngzài jìxù tànsuǒ zhèxiē kěnéng xìng, bǎng yǎnshìle gùtǐ diànjiězhì de gōngzuò zhuāngzhì. Chén shuō: „Yǒu hěnduō yìngyòng chéngxù xūyào tiáojié rèliú.” Liru, duìyú yǐ rè de xíngshì chúcún néngliàng, bǐrú Cong tàiyángnéng rè zhuāngzhì Zhong chúcún néngliàng, yǒu yīgè kěyǐ gāodù juéyuán de róngqì Lai bǎochí rèliàng, zhídào xūyào shi, Dan dàole qǔ Hui rèliàng de shíhòu TA kěyǐ bei zhuǎnhuàn Cheng Gao dǎodiàn Xing . Tā shuō: „Shèngbēi kěyǐ yòng lái chúcún néngliàng.”. „Zhè shì mèngxiǎng, dan wǒmen hái méiyǒu shíxiàn.” Dan zhè yī fà xiàn fēicháng xīn, kěnéng hai yuu qítā duō zhǒng qiánzài yòngtú.Yildiz shuō, zhè zhǒng fungngǎ „kěyǐ kāipì wǒmen yǐiiiìi mǎi xi mǎi xi midǎǎ mǎǎ. Suiran zhè xiàng gōngzuò zuìchū júxiàn yú SCO cáiliào, dan tā shuō: „Zhè yī gàiniàn shìyòng yú qíāa cáiliào, ynwèi wǒmen zhīdào wǒi kiàiààààààààààààuààààààààààààààààààààààààààààààààààààààààààèììè k,,. Cǐwài, suīrán zhè Xiàng yánjiū de zhòngdiǎn shì gibiban rexué xìngzhì, dan tóngyàng de guòchéng shíj shang yu yu hu gàu Hu hi g :i Hu: Àodìlì wéiyěnà dàxué (Uniwersytet Wiedeński, Austria) huàxué jìshù yǔ fēnxī xué jiàoshòu yóu ěr gēn · fú lai gé (Juergen Fleig) biǎiìi: „Zhè shì yī zhǒi lǐiòiòiòojiòò “ò zhēnzhèng chuàngxīn hé xīnyǐng de fāngfǎ. ”.„ Cèliáng de xiàoyìng (yóu liǎng gè xiāng biàn yǐnqǐ) bùjǐn hen dà, érqiě shì shuāngxiàn de, z z Wǒ hái yìnxiàng shēnkè de shì, zhè zhǒng gōngyì zài shēwēn xià gōngzuò dé fēicháng hoo, yīnwèi zhè zǒng yǎnghuà wù cáiliào tōngcháng zai gai gai Jiazhou Daxue luòshānjī fēnxiào Jixie hé Hangkong Hangtian Gongcheng fùjiàoshòu húyǒngjié (yīnyì) Ye méiyǒu cānyù Zhe Xiang gōngzuò TA Shuo: „DUI rè Chuang Shū de zhǔdòng kòngzhì Cong gēnběn shànglái Shuo Shi Yi Xiang tiǎozhàn. Zhè shì yī xiàng fēicháng lìng rén xīngfèn de yánjiū, shì shíxiàn zhè yi mibio dì zhòngyào yib. Zhè shì dì yī fèn xiángxì yánjiūle sān tài xiāng jiégòu he rè tèxìng de bàogào, kěnéng huì wèi rè guǎnlǐ he néngyuán yìngyòng kāipì xīn ”chǎ. Gai yánjiū tuánduì hái bāokuò má shěng lǐgōng xuéyuàn de zhānghàntāo, sòngqíchēn, wángjiéyuè hé gǔlínǎǎǎG' ěr dá&# {{y}}; ā délǐ ān · hēng tè hé yī lā dé · kǎ nà lǐ · wǎ lú yuē. Zhè xiàng gōngzuò dédàole měiguó guójiā kēxué jījīn huì hé měiguó néngyuán bù de zhīchí. 展开2313/5000Naukowcy odkryli, że tlenek kobaltu strontu (SCO) naturalnie istnieje w strukturze atomowej zwanej brownmillite (środek), ale kiedy dodaje się do niego jony tlenu (po prawej), staje się bardziej uporządkowany i bardziej przewodzi ciepło, a gdy jony wodoru są dodawane do (po lewej) staje się bardziej nieuporządkowany i bardziej przewodzi ciepło.

Zdjęcie: dostarczone przez naukowców

Właściwości elektroniczne i magnetyczne materiału zmieniają się znacznie dzięki zastosowaniu prądu elektrycznego, który stanowi podstawę całej nowoczesnej elektroniki. Jednak osiągnięcie tej samej regulowanej kontroli przewodności cieplnej dowolnego materiału było nieuchwytną eksploracją.

Teraz zespół badawczy w MIT poczynił znaczne postępy. Zaprojektowali urządzenie, którego szukali od dłuższego czasu. Nazywają to GG; elektryczny zawór grzejny GG, który może zmieniać przewodność cieplną w razie potrzeby. Udowodnili, że przewodność cieplna tego materiału może być&skorygowana 10 razy w temperaturze pokojowej.

Ta technologia może potencjalnie otworzyć drzwi do inteligentnych okien, inteligentnych ścian, inteligentnej odzieży, a nawet nowych technologii kontrolowanej izolacji, które zbierają nowe metody odzyskiwania ciepła odpadowego.

Odkrycia te zostały opublikowane w dzisiejszym' s&"; Natural Materials GG"; magazyn, opublikowany przez profesorów MIT Bilge Yildiza i Chena Ganga, ukończył niedawno doktora Lu Qiyanga i dr Samuela Hubermana oraz MIT i W artykułach sześciu innych profesorów w Brookhaven National Laboratory.

Przewodność cieplna opisuje przenoszenie ciepła w materiale. Na przykład dlatego możesz łatwo podnieść gorącą patelnię za pomocą drewnianego uchwytu, ponieważ przewodność cieplna drewna jest bardzo niska, ale możesz się poparzyć, podnieś patelnię z podobnym metalowym uchwytem, ​​który ma bardzo wysoka przewodność cieplna.

Naukowcy wykorzystali materiał o nazwie tlenek kobaltu strontu (SCO), który można przekształcić w cienkie warstwy. Dodanie tlenu do SCO w postaci kryształów zwanych limonitem powoduje zwiększenie przewodności cieplnej. Uwodornienie zmniejsza przewodnictwo.

Proces dodawania lub usuwania tlenu i wodoru można kontrolować po prostu przez zmianę napięcia przyłożonego do materiału. Zasadniczo proces ten jest napędzany elektrochemicznie. Ogólnie rzecz biorąc, w temperaturze pokojowej naukowcy odkryli, że proces ten zapewnia dziesięciokrotną zmianę przewodności cieplnej materiału' Naukowcy twierdzą, że skali tej elektrycznie sterowanej zmiany nigdy wcześniej nie widziano w żadnym materiale.

W większości znanych materiałów przewodność cieplna jest stała - drewno nie przewodzi dobrze ciepła, metal nie. Dlatego gdy naukowcy odkryli, że dodanie niektórych atomów do struktury molekularnej materiału może faktycznie zwiększyć jego przewodność cieplną, był to nieoczekiwany wynik. Jeśli coś jest inne, dodanie dodatkowych atomów - a ściślej jonów, atomów usuwających niektóre elektrony lub posiadanie dodatkowych elektronów, które dają im ładunek netto - pogorszy przewodnictwo (okazuje się, że tak jest w przypadku, gdy wodór jest dodane zamiast tlenu).

GG: Kiedy zobaczyłem wynik, byłem zaskoczony, GG; Chen powiedział. Ale po dalszym przestudiowaniu systemu, powiedział: GG: Teraz lepiej rozumiemy, dlaczego występuje to nieoczekiwane zjawisko. GG;

Stwierdzono, że wstawienie jonów tlenu do struktury limonitowego sfalerytu SCO może przekształcić go w strukturę perowskitu, która jest bardziej uporządkowana niż struktura pierwotna. Od niskiej symetrycznej struktury do wysokiej symetrycznej struktury. Zmniejsza to również liczbę tak zwanych miejsc defektu wakatu tlenu. Łącznie prowadzą one do wyższej przewodności cieplnej, GG; Powiedział Yildiz.

Ciepło jest łatwo przewodzone przez tę wysoce uporządkowaną strukturę i jest często rozpraszane i rozpraszane przez wysoce nieregularne struktury atomowe. Przeciwnie, wprowadzenie jonów wodoru prowadzi do bardziej nieuporządkowanej struktury.

GG: Możemy wprowadzić większy porządek, zwiększyć przewodność cieplną lub wprowadzić więcej nieporządku, co skutkuje niższym przewodnictwem cieplnym. Oprócz eksperymentów możemy również rozwiązać ten problem za pomocą modelowania obliczeniowego GG; Yildiz wyjaśnił Drogę.

Dodała, że ​​chociaż w temperaturze pokojowej przewodność cieplna może się zmieniać około 10 razy, ale w niższych temperaturach zmiana ta jest jeszcze większa.

Nowa metoda umożliwia ciągłą zmianę tego stopnia uporządkowania poprzez zmianę napięcia przyłożonego do materiału folii w obu kierunkach. Materiał jest albo zanurzony w cieczy jonowej (zasadniczo ciekłej soli) lub w kontakcie ze stałym elektrolitem, który dostarcza ujemne jony tlenu lub dodatnie jony wodoru (protony) do materiału po włączeniu napięcia. W przypadku ciekłych elektrolitów źródłem tlenu i wodoru jest hydroliza wody w otaczającym powietrzu.

GG; To, co tutaj pokazujemy, to prawdziwa demonstracja koncepcji, GG; Yildiz wyjaśnił. Powiedziała, że ​​muszą używać ciekłego ośrodka elektrolitycznego do pełnego zakresu uwodornienia i utleniania, co sprawia, że ​​ten układ&nie jest łatwy do zastosowania do wszystkich urządzeń półprzewodnikowych GG, co będzie ostatecznym celem. Konieczne są dalsze badania, aby stworzyć bardziej praktyczną wersję.&"Wiemy, że istnieją stałe materiały elektrolityczne GG"; które teoretycznie mogą zastąpić płyny, powiedziała. Zespół nadal bada te możliwości i demonstruje działające urządzenie z elektrolitami stałymi.

Chen powiedział: GG; Istnieje wiele aplikacji, które wymagają regulacji przepływu ciepła. GG; Na przykład do magazynowania energii w postaci ciepła, na przykład do magazynowania energii z słonecznego urządzenia termicznego, istnieje wysoce izolowany pojemnik, który utrzymuje ciepło do momentu, gdy jest potrzebne, ale nadszedł czas, aby je odebrać. Podczas regeneracji ciepła można go przekształcić w wysoką przewodność. Powiedział: GG: Świętego Graala można wykorzystać do magazynowania energii. GG; GG: To jest sen, ale jeszcze go nie zrealizowaliśmy. GG;

Ale to odkrycie jest bardzo nowe i może mieć wiele innych potencjalnych zastosowań. Yildiz powiedział, że ta metoda&może otwierać nowe aplikacje, o których wcześniej nie myśleliśmy. GG; Chociaż ta praca początkowo była ograniczona do materiałów SCO, powiedziała: GG; Ta koncepcja dotyczy innych materiałów, ponieważ wiemy, że możemy elektrochemicznie utleniać lub uwodornić szereg materiałów.&;. Ponadto, chociaż celem tych badań jest zmiana właściwości termicznych, ten sam proces faktycznie ma inne skutki, Chen powiedział: GG; To nie tylko zmienia przewodność cieplną, ale także zmienia właściwości optyczne. GG;

Juergen Fleig, profesor technologii i analiz chemicznych na Uniwersytecie Wiedeńskim (Austria), powiedział: GG; Jest to metoda wykorzystująca wstawianie i ekstrakcję jonów w ciałach stałych w celu dostosowania lub zmiany przewodności cieplnej. Naprawdę innowacyjne i nowatorskie metody.&;. GG: Zmierzony efekt (spowodowany przez dwa przejścia fazowe) jest nie tylko duży, ale dwukierunkowy, co jest ekscytujące. Byłem także pod wrażeniem, że proces ten działa bardzo dobrze w temperaturze pokojowej z powodu tego utleniania. Materiały zwykle działają w wyższych temperaturach. GG;

Hu Yongjie, profesor nadzwyczajny inżynierii mechanicznej i lotniczej na University of California w Los Angeles, nie brał udziału w pracach. Powiedział: GG; Aktywna kontrola wymiany ciepła jest zasadniczo wyzwaniem. To bardzo ekscytujące badanie. To ważny krok w kierunku osiągnięcia tego celu. Jest to pierwszy raport, w którym szczegółowo zbadano strukturę i właściwości termiczne fazy trójstanowej, co może otworzyć nowe możliwości zarządzania ciepłem i zastosowań energetycznych. GG;

W skład zespołu badawczego wchodzą również Zhang Hantao, Song Qichen, Wang Jieyue i Gulin Vardar z Massachusetts Institute of Technology, a także Adrian Hunt i Irad Kanali Valluyo z Brookbrook National Laboratory w Upton, Nowy Jork. Prace te zostały wsparte przez National Science Foundation i amerykański Departament Energii.