Prestasi penebat bahan boleh disesuaikan sesuka hati

Sebilangan besar bahan mempunyai kekonduksian terma tetap, tetapi menggunakan voltan pada filem ini akan mengubah sifat termalnya.

Yánjiū rényuán fāxiàn, Si gǔ yǎnghuà Wu (SCO) Ziran cúnzài Yu Yi zhǒng Jiaozuo brownmillite (Zhongxin) de yuánzǐ jiégòu Zhong, Dan Dang yǎng lízǐ bei tiānjiā Dao Qizhong (anda) shi, ta Bian dé Geng yǒu Xu, Geng dǎorè, Er dng qīng lízǐ bèi tiānjiā dào qízhōng (zuǒ) shí, tā biàn dé gèng bù yǒu xù, gèng dǎorè. Túpiàn: Yánjiū rényuán tígōng cáiliào de diànzǐ hé cíxìng néng tōngguò yìngyòng diàn shūrù ér xiǎnzhù gǎibiàn, xíngchéngle suǒyǒu xiàndiu Dànshì, duì rènhé cáiliào de rè dǎo lǜ shíxiàn tóngyàng de kě tiáo kòngzhì yì zhí shì yīgè nányǐ zhuōmō de tànsuǒ. Xiànzài, mě shěng lǐgōng xuéyuàn de yīgè yánjiū xiǎozǔ yǐjīng qǔdéle zhòngdà jìnzhǎn. Tāmen shèjìle yī zhǒng chángqí yǐlái yīzhí zài xúnzhǎo de zhuāngzhì, tāmen chēng zhī 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 yúrè de xīn fāngfǎ de kě kòng gé rè xīn sa Zhèxiē fāxiàn fābiǎo zài jīntiān de “zìrán cáiliào” zázhì shàng, fābiǎo zài má shěng lǐgōng xuéyuàn jiàoshòu bǐ' ěr qí · yī ér ínèíèèèèíèííè bó màn bóshì yǐjí má shěng lǐgōng xuéyuàn hé bùlǔkè hǎi wén guójiā shíyàn shì de qítā liù wèi jiàoshòu dì lùnwén zhōng. Rè dǎo lǜ miáoshùle rèliàng zài cáiliào zhōng de chuándì qíngkuàng. Lìrú, zhè jiùshì wèishéme nǐ kěyǐ hěn róngyì dì ná qǐ yīgè mù bǐng de rè jiān guō, yīnwèi mùtou de dǎorè xìng hěn dī, dàn nǐ kěnéng huìāngngngèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèè 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 hé tiě shǎn xīn kuàng de jīngtǐ xíngshì de yǎngqì, rè dǎo lǜ zēngjiā. Jiā qīng shǐ diàndǎo lǜ jiàngdī. Tiānjiā huò qùchú yǎng hé 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 lái 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. Zài dà duōshù yǐ zhī de cáiliào zhōng, dǎorè xìshù shì bù biàn de —— mùtou dǎorè bù hǎo, jīnshǔ dǎorè bù chā. Yīncǐ, dāng yánjiū rényuán fāxiànzài cáiliào de fēnzǐ jiégòu zhōng jiārù mǒu xiē yuánzǐ shíjì shang kěyǐ tígāo qí dǎorè xìshù shí, zhèèììììììììíìííììì Rúguǒ yǒu dia saya bùtóng Dehua, Jiaru éwài de yuánzǐ - huòzhě Geng jùtǐ Dì Shuo, lízǐ, yuánzǐ bōlíle yīxiē diànzǐ, huòzhě yǒu duōyú de diànzǐ, gei tāmen 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. Dàn zài jìnyībù yánjiūle zhège xìtǒng zhīhòu, tā shuō, "xiàn zài wǒmen duì wèishéme huì fāshēng zhè zhǒng yì xiǎngbùdào de xiànxiàng yǒule lèng" Jiéguǒ fāxiàn, jiāng yǎng lízǐ chārù dào hé tiě shǎn xīn kuàng SCO de jiégòu zhōng, kěyǐ jiāng qí zhuǎnhuà wéi gài tài kuàng jiégòu, zhè zhǒng zǒǒng Cóng dī duìchèn jiégòu dào gāo 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 yǒu xù de jiégòu chuándǎo, ér tā wǎngwǎng bèi gāodù bù guīzé de yuánzǐ jiégòu sǎnshè hé hào sàn. Xiāng bǐ zhī xià, yǐnrù 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 zhī wài, wǒmen hái 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, dàn zài jiào dī de wēndù xià, zhè zhǒng biànhuà shènzhì gè Xīn de fāngfǎ shǐdé zài liǎng gè fāngxiàng shàng tōngguò gǎibiàn shījiā zài bómó cáiliào shàng de diànyā jiù kěyǐ liánxù dì gǎibiàn zhè zhǒng yǒu xù dù Gai cáiliào yàome jìnrù lízǐ yètǐ (běnzhí Shang Shi Yi zhǒng Yetai Yan) Zhong, yàome yǔ gùtǐ diànjiězhì jiēchù, Dang Dianya Jie Tong Shi, gùtǐ diànjiězhì Xiang cáiliào tígōng Fu yǎng lízǐ Huo Zheng Qing lízǐ (zhízǐ). Zài yètài diànjiězhì de qíngkuàng xià, yǎng 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 yètǐ diànjiězhì jièzhì lái jìnxíng quán fànwéi de qīnghuà hé yǎnghuà, zhè shǐdé zhè zhǒng xììèèèèèèèèèèèèèèèèèèng Hái xūyào jìnyībù de yánjiū lái zhìzuò yīgè gèng shíyòng de bǎnběn. "Wǒmen zhīdào yǒu gùtài diànjiězhì cáiliào" lǐlùn shàng kěyǐ tìdài Gāi xiǎozǔ zhèngzài jìxù tànsuǒ zhèxiē kěnéng xìng, bìng yǎnshìle gùtǐ diànjiězhì de gōngzuò zhuāngzhì. Chén shuō: “Yǒu hěnduō yìngyòng chéngxù xūyào tiáojié rèliú.” Liru, duìyú yǐ Re de Xingshi chúcún néngliàng, bǐrú Cong tàiyángnéng Re zhuāngzhì Zhong chúcún néngliàng, yǒu yīgè kěyǐ gāodù juéyuán de Rongqi lái bǎochí rèliàng, zhídào xūyào shi, Dan dàole qǔ Hui rèliàng de Shihou, ta kěyǐ bei zhuǎnhuàn Cheng Gao dǎodiàn Xing . Tā shuō: "Shèngbēi kěyǐ yòng lái chúcún néngliàng.". "Zhè shì mèngxiǎng, dàn wǒmen hái méiyǒu shíxiàn." Dàn zhè yī fà xiàn fēicháng xīn, kěnéng hái yǒu qítā duō zhǒng qiánzài yòngtú.Yildiz shuō, zhè zhǒng fāngfǎ “kěyǐ kāipì wǒmen yǐqián méiǒǒàng xénòogòog Suīrán Zhe Xiang gōngzuò zuìchū Juxian Yu SCO cáiliào, Dan ta shuo: "Zhe yī gàiniàn shìyòng Yu qítā cáiliào, yīnwèi wǒmen zhīdào wǒmen kěyǐ Zai Dian, Dian huàxué shang dui yī xìliè cáiliào Jinxing yǎnghuà Huo Qinghua.". Cǐwài, suīrán zhè xiàng yánjiū de zhòngdiǎn shì gǎibiàn rèxué xìngzhì, dàn tóngyàng de guòchéng shíjì shang yěyǒu qítā yǐngxiǎng, chénùuèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèèè Àodìlì wéiyěnà dàxué (University of Vienna, Austria) huàxué jìshù yǔ fēnxī xué jiàoshòu yóu ěr gēn · fú lái gé (Juergen Fleig) biǎoshì: “Zhè shì yī zhǒng lììēōōōōōōōōōōōōōōōōōōōōōōōōōōōōōōōō zhēnzhèng chuàngxīn hé xīnyǐng de fāngfǎ. "." Cèliáng de xiàoyìng (yóu liǎng gè xiāng biàn yǐnqǐ) bùjǐn hěn dà, érqiě shì shuāngxiàng de, zhè shì līn snn Wi hái yìnxiàng shēnkè de shì, zhè zhǒng gōngyì zài shìwēn xià gōngzuò dé fēicháng hǎo, yīnwèi zhè zhǒng yǎnghuà wù cáiliào tōngcháng zài gàiēng Jiazhou Daxue luòshānjī fēnxiào jīxiè Hé Hangkong Hangtian Gongcheng fùjiàoshòu húyǒngjié (Yinyi) kamu méiyǒu cānyù Zhe Xiang gōngzuò, Shuo ta: "Adakah semula 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 yī mùbiāo dì zhòngyào yībù. Zhè shì dì yī fèn xiángxì yánjiūle sān tài xiāng jiégòu hé rè tèxìng de bàogào, kěnéng huì wèi rè guǎnlǐ hé néngyuán yìngyòng kāipì xīn de chǎ Gāi yánjiū tuánduì hái bāokuò má shěng lǐgōng xuéyuàn de zhānghàntāo, sòngqíchēn, wángjiéyuè hé gǔlín · wǎ' ěr dá&#íèèēèèǐēǐǐēǐēēēēē 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2313/5000Para penyelidik mendapati bahawa strontium kobalt oksida (SCO) secara semula jadi wujud dalam struktur atom yang disebut brownmillite (tengah), tetapi apabila ion oksigen ditambahkan ke dalamnya (kanan), ia menjadi lebih teratur dan lebih konduktif termal, sementara ion hidrogen ditambahkan ke ia (kiri), ia menjadi lebih tidak teratur dan lebih konduktif secara termal.

Imej: Disediakan oleh penyelidik

Sifat elektronik dan magnet bahan berubah dengan ketara melalui penggunaan input elektrik, membentuk tulang belakang semua elektronik moden. Walau bagaimanapun, mencapai kawalan laras yang sama terhadap kekonduksian termal dari sebarang bahan telah menjadi penerokaan yang sukar difahami.

Kini, pasukan penyelidik di MIT telah mencapai kemajuan yang besar. Mereka telah lama merancang peranti yang mereka cari. Mereka menyebutnya&"; injap pemanasan elektrik GG";, yang dapat mengubah kekonduksian terma jika diperlukan. Mereka membuktikan bahawa kekonduksian termal bahan ini boleh" disesuaikan" 10 kali pada suhu bilik.

Teknologi ini berpotensi untuk membuka pintu untuk tingkap pintar, dinding pintar, pakaian pintar, dan bahkan teknologi baru untuk penebat terkawal yang mengumpulkan kaedah baru dari sisa haba.

Penemuan ini diterbitkan dalam' s" Bahan Semula Jadi" majalah, diterbitkan oleh profesor MIT Bilge Yildiz dan Chen Gang, baru-baru ini menamatkan pengajian Dr. Lu Qiyang dan Dr. Samuel Huberman, dan MIT dan Dalam makalah enam profesor lain di Brookhaven National Laboratory.

Kekonduksian terma menerangkan pemindahan haba dalam bahan. Contohnya, inilah sebabnya anda boleh mengambil kuali panas dengan pegangan kayu dengan mudah, kerana kekonduksian terma kayu sangat rendah, tetapi anda mungkin terbakar, ambil kuali dengan pemegang logam yang serupa, yang mempunyai kekonduksian terma yang sangat tinggi.

Para penyelidik menggunakan bahan yang disebut strontium kobalt oksida (SCO), yang dapat dibuat menjadi filem tipis. Dengan menambahkan oksigen ke SCO dalam bentuk kristal yang disebut limonit, kekonduksian terma meningkat. Hidrogenasi mengurangkan kekonduksian.

Proses penambahan atau penyingkiran oksigen dan hidrogen dapat dikendalikan hanya dengan mengubah voltan yang dikenakan pada bahan tersebut. Pada dasarnya, proses ini didorong oleh elektrokimia. Secara amnya, pada suhu bilik, para penyelidik mendapati bahawa proses ini memberikan perubahan sepuluh kali ganda pada kekonduksian terma bahan&# {1}}. Para penyelidik mengatakan bahawa besarnya perubahan yang dapat dikawal secara elektrik ini tidak pernah dilihat dalam bahan sebelumnya.

Dalam kebanyakan bahan yang diketahui, kekonduksian terma adalah kayu malar tidak mengalirkan haba dengan baik, logam tidak. Oleh itu, apabila para penyelidik mendapati bahawa menambahkan atom tertentu ke struktur molekul bahan sebenarnya dapat meningkatkan kekonduksian termal, ini adalah hasil yang tidak dijangka. Sekiranya ada yang berbeza, menambahkan atom tambahan - atau lebih khusus lagi, ion, atom yang melepaskan beberapa elektron, atau mempunyai elektron tambahan, memberikan cas bersih - akan menjadikan kekonduksian menjadi lebih teruk (ternyata bahawa ini berlaku apabila hidrogen ditambah bukannya oksigen).

GG quot; Apabila saya melihat hasilnya, saya terkejut," Kata Chen. Tetapi setelah mempelajari lebih lanjut sistem ini, katanya," Sekarang kita mempunyai pemahaman yang lebih baik mengapa fenomena yang tidak dijangka ini terjadi."

Didapati bahawa memasukkan ion oksigen ke dalam struktur limonit sphalerite SCO dapat mengubahnya menjadi struktur perovskite, yang lebih teratur daripada struktur asalnya. Dari struktur simetri rendah hingga struktur simetri tinggi. Ia juga dapat mengurangkan bilangan tempat kekurangan oksigen yang disebut. Bersama-sama, ini membawa kepada kekonduksian terma yang lebih tinggi," Kata Yildiz.

Panas mudah dikendalikan melalui struktur yang sangat teratur ini, dan ia sering tersebar dan hilang oleh struktur atom yang sangat tidak teratur. Sebaliknya, pengenalan ion hidrogen membawa kepada struktur yang lebih tidak teratur.

GG quot; Kami dapat memperkenalkan lebih banyak pesanan, meningkatkan kekonduksian termal, atau memperkenalkan lebih banyak gangguan, yang mengakibatkan kekonduksian terma yang lebih rendah. Sebagai tambahan kepada eksperimen, kami juga dapat menyelesaikan masalah ini melalui pemodelan komputasi," Yildiz menjelaskan Road.

Dia menambahkan bahawa walaupun pada suhu bilik, kekonduksian terma dapat berubah sekitar 10 kali, tetapi pada suhu yang lebih rendah, perubahan ini bahkan lebih besar.

Kaedah baru memungkinkan untuk terus mengubah tahap pesanan ini dengan mengubah voltan yang dikenakan pada bahan filem di kedua arah. Bahan tersebut direndam dalam cecair ionik (pada dasarnya garam cair) atau bersentuhan dengan elektrolit pepejal, yang memberikan ion oksigen negatif atau ion hidrogen positif (proton) ke bahan semasa voltan dihidupkan. Bagi elektrolit cair, sumber oksigen dan hidrogen adalah hidrolisis air di udara sekitarnya.

GG quot; Apa yang kami tunjukkan di sini adalah demonstrasi konsep sebenar," Yildiz menjelaskan. Dia mengatakan bahawa mereka perlu menggunakan medium elektrolit cair untuk hidrogenasi dan pengoksidaan sepenuhnya, yang menjadikan sistem ini&tidak mudah digunakan untuk semua peralatan pepejal&;, yang akan menjadi tujuan utama. Penyelidikan lebih lanjut diperlukan untuk membuat versi yang lebih praktikal." Kami tahu ada bahan elektrolit pepejal" yang secara teorinya dapat menggantikan cecair, katanya. Pasukan ini terus meneroka kemungkinan ini dan menunjukkan peranti elektrolit pepejal yang berfungsi.

Chen berkata:" Terdapat banyak aplikasi yang perlu mengatur aliran panas." Sebagai contoh, untuk menyimpan tenaga dalam bentuk haba, seperti menyimpan tenaga dari alat termal suria, ada bekas yang sangat bertebat untuk menyimpan haba sehingga diperlukan, tetapi sudah waktunya untuk mengambilnya. Semasa menjana semula haba, ia dapat diubah menjadi kekonduksian tinggi. Dia berkata:" Holy Grail dapat digunakan untuk menyimpan tenaga."" Ini adalah mimpi, tetapi kita belum menyedarinya."

Tetapi penemuan ini sangat baru dan mungkin mempunyai banyak kemungkinan penggunaan lain. Yildiz mengatakan bahawa kaedah ini" dapat membuka aplikasi baru yang belum kita fikirkan sebelumnya." Walaupun karya ini pada awalnya terbatas pada bahan SCO, dia berkata:" Konsep ini berlaku untuk bahan lain kerana kita tahu bahawa kita dapat mengoksidakan atau menghidrogenkan Elektrokimia serangkaian bahan.". Di samping itu, walaupun fokus penyelidikan ini adalah untuk mengubah sifat terma, proses yang sama sebenarnya mempunyai kesan lain, kata Chen:" Ia tidak hanya mengubah kekonduksian terma, tetapi juga mengubah sifat optik."

Juergen Fleig, seorang profesor teknologi kimia dan analisis di University of Vienna (Austria), mengatakan:" Ini adalah kaedah yang menggunakan penyisipan dan pengekstrakan ion dalam pepejal untuk menyesuaikan atau menukar kekonduksian terma. Kaedah inovatif dan baru."." Kesan yang diukur (disebabkan oleh peralihan dua fasa) bukan sahaja besar, tetapi dua arah, yang menarik. Saya juga kagum bahawa proses ini berfungsi dengan baik pada suhu bilik kerana bahan pengoksidaan ini biasanya berfungsi pada suhu yang lebih tinggi."

Hu Yongjie, profesor kejuruteraan mekanikal dan aeroangkasa di University of California, Los Angeles, tidak mengambil bahagian dalam pekerjaan itu. Dia berkata:" Kawalan aktif pemindahan haba pada asasnya merupakan cabaran. Ini adalah kajian yang sangat menarik Adakah langkah penting untuk mencapai matlamat ini. Ini adalah laporan pertama yang mengkaji struktur dan ciri terma fasa tiga keadaan secara terperinci, yang mungkin membuka tempat baru untuk pengurusan haba dan aplikasi tenaga."

Pasukan penyelidik juga merangkumi Zhang Hantao, Song Qichen, Wang Jieyue dan Gulin Vardar dari Institut Teknologi Massachusetts, serta Adrian Hunt dan Irad Kanali Valluyo dari Makmal Nasional Brookbrook di Upton, New York. Karya ini disokong oleh Yayasan Sains Nasional dan Jabatan Tenaga AS.