Materjali isolatsioonivõimet saab soovi korral reguleerida

Enamikul materjalidel on kindel soojusjuhtivus, kuid sellele kilele pinge rakendamine muudab selle soojusomadusi suuresti.

Yánjiū rényuán fāxiàn, sī gǔ yǎnghuà wù (SCO) zìrán cúnzài yú yī zhǒng jiàozuò brownmillite (zhōngxīn) de yuánzǐ jiégòu zhōng, dàn dāng yǎng lízǐ bôi dō, ôn ôngé, dôní ôngé à sh sh yíz dāng 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 tunne xiǎnzhù gǎibiàn, xíngchéngle suǒyǒu xiàndài diànhīz xué de. Dànshì, duì rènhé cáiliào de rè dǎo lǜ shíxiàn tóngyàng de kě tiáo kòngzhì yì zhí 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 chèng 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 jìshù dó. Zhèxiē fāxiàn fābiǎo zài jīntiān de “zìrán cáiliào” zázhì shàng, fābiǎo zài má shěng lǐgōng xuéyuàn jiàoshòu bǐ' èr qíhóiyiéyéyééy chy chós ch ch ch ch ch ch ch ch ch ch ch ch ch ch ch ch ch ch ch ch chrīn ch ch ch ch ch ch chě chěě chěěěěě ch chě chěěěěěěěěěěěě ěrīn ch chěěěěě ěīnīnīněěěě ěěīnìěěěěěě ěěīnìěě 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 kěné hôn jôi ôn à, à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à à ô à 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, zhè shì yngé yì xiǎù Rúguǒ yǒu shé mind bùtóng dehuà, jiārù éwài de yuánzǐ —— huòzhě gèng jùtǐ dì shuō, lízǐ, yuánzǐ bōlíle yīxiē diànzǐ, huòzhě yǒu duōyú de dàng, dōng, dōng, dōng shì jiārù qīng tunne 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 gèng hèng hèhh. 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 jiégôu bu yán 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, tunne seda 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 gèng dà. 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. Gāi cáiliào yàome jìnrù lízǐ yètǐ (běnzhí shàng shì yī zhǒng yètài yán) zhōng, yàome yǔ gùtǐ diànjiězhì jiēchù, dang diànyā jiē tōng shí, zōng à xígǎǎǎǎǎǎǎǎ 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 xìtǒng “bù róngyì shi g g quùàùùùùùùùùùùùùù Hái xūyào jìnyībù de yánjiū lái zhìzuò yīgè gèng shíyòng de bǎnběn. “Wǒmen zhīdào yǒu gùtài diànjiězhì cáiliào” lǐlùn shàng kěyǐ tìdàu yètǐ, tā. 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 xíngshì chúcún néngliàng, bǐrú Cong tàiyángnéng Re zhuāngzhì Zhong chúcún néngliàng, yǒu Yige kěyǐ gāodù juéyuán de Rongqi Lai bǎochí rèliàng, zhídào xūyào Shi Dan dàole qǔ Hui rèliàng de shíhòu, tā kěyǐ Accidental kuulub kalliisti 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 méiyōà xiǎng” Suīrán zhè xiàng gōngzuò zuìchū júxiàn yú SCO cáiliào, dàn tā shuō: “Zhè yī gàiniàn shìyòng yú qítā cáiliào, yīnwèi wǒmen zhīdào wǒmen kěyǐ zài di, di dii, dōn di di huìì huìììì huìì .ì... Cǐwài, suīrán zhè xiàng yánjiū de zhòngdiǎn shì gǎibiàn rèxué xìngzhì, tàn tóngyàng de guòchéng shíjì shang yěyǒu qítā yǐngxiǎng, chén shuō, én xǎèììèèèǎǎèǎǎèǎǎǎǎě Àodìlì wéiyěnà dàxué (Viini ülikool, Austria) huàxué jìshù yǔ fēnxī xué jiàoshòu yóu ěr gēn · fú lái gé (Juergen Fleig) biǎoshì: „Zhè shì yí zhǒng lìyō zhēnzhèng chuàngxīn hé xīnyǐng de fāngfǎ. ”.„ Cèliáng de xiàoyìng (yóu liǎng gè xiāng biàn yǐnqǐ) bùjǐn hěn dà, tunneqiě shì shuāngxiàng de, zhè shì lì. Wǒ hái yìnxiàng shēnkè de shì, zhè zhǒng gōngyì zài shìwēn xià gōngzuò dé fēicháng hǎo, yīnwèi zhè zhǒng yǎnghuà wù cáiliào tōngcháng zài gèng gøng gāo. Jiāzhōu dàxué luòshānjī fēnxiào jīxiè hé hángkōng hángtiān gōngchéng fùjiàoshòu húyǒngjié (yīnyì) yě méiyǒu cānyù zhè xiàng gōngzuò, see shuō 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 chǎngsuǒ. ” Gāi yánjiū tuánduì hái bāokuò má shěng lǐgōng xuéyuàn de zhānghàntāo, sòngqíchēn, wángjiéyuè hé gǔlín · wǎ' 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2313/5000Teadlased leidsid, et strontsiumkoobloksiid (SCO) eksisteerib looduslikult aatomistruktuuris, mida nimetatakse pruunmillitiks (kese), kuid kui sellele lisatakse hapnikuioone (paremal), muutub see järjestikumaks ja soojusjuhtivuseks, samas kui vesinikuioonide lisamisel (vasakul), muutub see korrastamatumaks ja soojusjuhtivumaks.

Pilt: teadlaste pakutud

Materjali elektroonilised ja magnetilised omadused muutuvad elektrilise sisendi kasutamisel märkimisväärselt, moodustades kogu tänapäevase elektroonika selgroo. Mis tahes materjali soojusjuhtivuse sama reguleeritava kontrolli saavutamine on aga olnud vaevaline uurimine.

Nüüd on MIT-i uurimisrühm teinud märkimisväärseid edusamme. Nad on projekteerinud seadme, mida nad on pikka aega otsinud. Nad kutsuvad seda" elektrikütteventiil" ;, mis võib soojusjuhtivust vastavalt vajadusele muuta. Nad tõestasid, et selle materjali soojusjuhtivus võib olla toatemperatuuril GG, korrigeeritud GG, 10 korda.

Sellel tehnoloogial on potentsiaal avada uks nutikatele akendele, nutikatele seintele, nutikatele rõivastele ja isegi uutele kontrollitava isolatsiooni tehnoloogiatele, mis koguvad uusi heitsoojuse meetodeid.

Need leiud avaldati täna' s" looduslike materjalide" Ajakiri, mille avaldasid MITi professorid Bilge Yildiz ja Chen Gang, lõpetasid hiljuti dr Lu Qiyangi ja dr Samuel Hubermani ning MITi ja veel kuue Brookhaveni riikliku labori professori paberid.

Soojusjuhtivus kirjeldab soojuse ülekandumist materjali. Näiteks võite selle tõttu hõlpsalt kätte võtta puidust käepidemega kuuma praepanni, kuna puidu soojusjuhtivus on väga madal, kuid võite põletada, võtke sarnase metallkäepidemega praepann, millel on väga kõrge soojusjuhtivus.

Teadlased kasutasid strontsiumkoobloksiidi (SCO) nime kandvat materjali, mida saab muuta õhukesteks kiledeks. Hapniku lisamisega SCO-le kristallide kujul, mida nimetatakse limoniidiks, suureneb soojusjuhtivus. Hüdrogeenimine vähendab juhtivust.

Hapniku ja vesiniku lisamise või eemaldamise protsessi saab juhtida lihtsalt materjalile rakendatava pinge muutmisega. Sisuliselt juhitakse seda protsessi elektrokeemiliselt. Üldiselt leidsid teadlased toatemperatuuril, et see protsess annab materjali&# 39 kümnekordse muutuse soojusjuhtivuses. Teadlaste sõnul pole seda elektriliselt juhitavat muutust kunagi varem üheski materjalis nähtud.

Enamikus teadaolevates materjalides on soojusjuhtivus püsiv - puit ei juhita soojust hästi, metall mitte. Seetõttu, kui teadlased avastasid, et teatud aatomite lisamine materjali molekulaarstruktuurile võib selle soojusjuhtivust tegelikult suurendada, oli see ootamatu tulemus. Kui midagi on teisiti, siis lisaaatomite - või täpsemalt ioonide, aatomite eemaldamisel mõnede elektronide lisamisel või täiendavate elektronide lisamisega netolaengu lisamisel - juhtivus halveneb (selgub, et see on nii juhul, kui vesinik on lisatud hapniku asemel).

GG quot; Kui tulemust nägin, olin üllatunud," Ütles Chen. Kuid pärast süsteemi edasist uurimist ütles ta, et" Nüüd on meil paremini aru saada, miks see ootamatu nähtus aset leiab."

Leiti, et hapnikuioonide sisestamine limoniidi sphaleriidi SCO struktuuri võib selle muuta perovskiidi struktuuriks, mis on rohkem kui algne struktuur. Alates madalast sümmeetrilisest struktuurist kuni kõrge sümmeetrilise struktuurini. See vähendab ka niinimetatud hapnikuvabade defektide saitide arvu. Need koos viivad suurema soojusjuhtivuse," Ütles Yildiz.

Selle kõrgelt järjestatud struktuuri kaudu juhitakse soojust kergesti ning see on hajutatud ja hajutatud väga ebakorrapäraste aatomistruktuuride poolt. Vesinikioonide sisseviimine põhjustab seevastu korrastamatut struktuuri.

GG quot; Saame kehtestada rohkem järjekorda, suurendada soojusjuhtivust või kehtestada rohkem häireid, mille tulemuseks on madalam soojusjuhtivus. Lisaks katsetele saame selle probleemi lahendada ka arvutusliku modelleerimise abil," Yildiz selgitas Teele.

Ta lisas, et toatemperatuuril võib soojusjuhtivus muutuda umbes 10 korda, kuid madalamatel temperatuuridel on see muutus veelgi suurem.

Uus meetod võimaldab seda järjestust pidevalt muuta, muutes kilematerjalile mõlemas suunas rakendatavat pinget. Materjal kastetakse ioonse vedelikuga (põhiliselt vedela soolaga) või kokkupuutel tahke elektrolüüdiga, mis annab pinge sisselülitamisel materjalile negatiivseid hapnikuioone või positiivseid vesiniku ioone (prootoneid). Vedelate elektrolüütide puhul on hapniku ja vesiniku allikaks ümbritsevas õhus vee hüdrolüüs.

GG quot; See, mida me siin näitame, on tõeline kontseptsiooni tutvustus," Yildiz selgitas. Ta ütles, et kogu hüdrogeenimise ja oksüdeerimise jaoks peavad nad kasutama vedelat elektrolüütide keskkonda, mis muudab selle süsteemi GG-funktsiooniks; seda pole lihtne rakendada kõigile tahkis-seadmetele - GG-quot; - see on lõppeesmärk. Praktilisema versiooni tegemiseks on vaja täiendavaid uuringuid." Me teame, et on olemas tahkeid elektrolüütide materjale" mis võib teoreetiliselt vedelikke asendada, ütles ta. Meeskond jätkab nende võimaluste uurimist ja tahkete elektrolüütide töötava seadme demonstreerimist.

Chen ütles:" Soojusvoogu on vaja reguleerida paljudes rakendustes." Näiteks energia salvestamiseks soojuse kujul, näiteks päikese soojusseadmest energia salvestamiseks, on olemas väga isoleeritud konteiner, mis hoiab soojust seni, kuni seda vaja on, kuid aeg on seda võtta. Soojuse regenereerimisel saab selle muuta suureks juhtivuseks. Ta ütles:" Püha Graali saab kasutada energia salvestamiseks."" See on unistus, kuid me pole seda veel realiseerinud."

Kuid see avastus on väga uus ja sellel võib olla palju muid potentsiaalseid kasutusvõimalusi. Yildiz ütles, et see meetod" võib avada uusi rakendusi, millele me pole varem mõelnud." Ehkki see töö piirdus algselt SCO-materjalidega, ütles ta:" See mõiste kehtib muude materjalide kohta, sest me teame, et suudame rea materjale elektrokeemiliselt oksüdeerida või hüdrogeenida." ;. Lisaks, kuigi selle uurimistöö keskmes on soojuslike omaduste muutmine, on samal protsessil tegelikult ka muid efekte, ütles Chen:" See ei muuda mitte ainult soojusjuhtivust, vaid muudab ka optilisi omadusi."

Viini ülikooli (Austria) keemiatehnoloogia ja analüüsi professor Juergen Fleig ütles:" See on meetod, mis kasutab ioonide sisestamist ja ekstraheerimist tahkete ainete abil soojusjuhtivuse reguleerimiseks või ümberlülitamiseks. Tõesti uuenduslikud ja uudsed meetodid." ;." Mõõdetud efekt (põhjustatud kahest faasisiirest) pole mitte ainult suur, vaid kahesuunaline, mis on põnev. Mulle avaldas ka muljet, et see protsess toimib toatemperatuuril selle oksüdeerimise tõttu väga hästi. Materjalid töötavad tavaliselt kõrgematel temperatuuridel."

Töös ei osalenud Hu Yongjie, Los Angelese California ülikooli mehaanika- ja lennundustehnoloogia dotsent. Ta ütles:" Soojusülekande aktiivne juhtimine on põhimõtteliselt väljakutse. See on väga põnev uuring on oluline samm selle eesmärgi saavutamiseks. See on esimene aruanne, milles uuritakse üksikasjalikult kolme oleku faasi struktuuri ja soojusomadusi, mis võib avada uusi kohti soojusjuhtimiseks ja energiakasutamiseks."

Uurimisrühma kuuluvad ka Zhang Hantao, Song Qichen, Wang Jieyue ja Gulin Vardar Massachusettsi tehnoloogiainstituudist, samuti Adrian Hunt ja Irad Kanali Valluyo Brookbrooki riiklikust laborist Uptonis, New Yorgis. Seda tööd toetasid Riiklik Teadusfond ja USA energeetikaministeerium.