美國突破性研究：電場可使熱流增加近300%

控制熱流對于高性能系統至關重要。

美國科學家發現了一種利用電場改善材料中熱流的方法。

來自橡樹嶺國家實驗室（ORNL）的研究團隊與俄亥俄州立大學和安費諾公司的科學家合作，發現這種新方法通過使用電場來控制固體材料中的熱流。

他們揭示，對一種特殊的陶瓷材料施加電場，可以改變聲子——即通過材料傳遞熱量的原子微小振動——的行為。

熱量通過材料的效率幾乎提高了兩倍

當施加電場時，沿電場方向運動的聲子比沿其他方向運動的聲子持續時間更長，傳播距離更遠。其結果是，熱量可以沿電場方向通過材料的效率提高近三倍，這為先進技術中的熱能管理提供了一種強大的方法。

ORNL博士后副研究員普斯帕·烏普雷蒂表示："能夠控制熱流的速度和方式，可能會催生更高效管理熱能的設備。"

控制熱流對于高性能系統至關重要，例如無移動部件的現代電子冷卻器、將熱量轉化為電能的能量轉換器、日常技術中使用的基于芯片的電路，以及捕獲和再利用工業廢熱的熱電聯產系統。根據一份新聞稿，調節這些系統中的熱量可以為峰值效率和性能創造合適條件。

新方法實現了效率提升

科學家報告稱，早期對類似材料的研究通常只能將導熱率提高約5-10%，但這種新方法實現了近300%的提升。通過將中子散射數據與熱導率測量相結合，研究人員直接將熱流的改善與在晶體晶格中傳播時間更長的聲子聯系起來。這一突破可能會催生新的固態技術，從而在電子產品、能量轉換設備、基于芯片的電路以及回收廢熱的工業系統中有效管理熱量。

實驗在ORNL的散裂中子源進行，科學家們使用先進的中子散射技術觀察了材料內部的原子結構和原子運動。中子使研究人員能夠精確測量施加電場時原子振動的變化。

這項研究的重點是一種被稱為"智能"陶瓷的材料，即基于弛豫體的鐵電體。在這些材料中，施加電場會使晶體結構內的微小電荷排列整齊，從而減少攜帶熱量的振動的散射。這種排列使能量能夠更順暢地流過材料，顯著提高導熱率。

該研究發表在《PRX Energy》期刊上，該研究通過使用中子散射和輸運測量，揭示了在寬溫度范圍內對基于弛豫體的鐵電體施加電場，聲子輸運會發生的顯著變化。

研究人員在研究中指出："我們還觀察到沿極化方向的納米尺度反鐵電漲落受到抑制，并認為這增加了聲子壽命。我們的結果突顯了一條有前景但尚未充分探索的途徑，即通過電場修飾的納米結構改變無序功能材料中的聲子壽命，從而實現實際的固態熱開關。"

如果朋友們喜歡，敬請關注“知新了了”！