विद्युत क्षेत्र ठोसों में ऊष्मा परिवहन को समायोजित करता है

फोनोन क्रिस्टल जाली के माध्यम से कैसे यात्रा करते हैं, इसे प्रभावित करके, एक विद्युत क्षेत्र गर्मी परिवहन की गति और दिशा दोनों को आकार देना शुरू कर सकता है।

ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी के शोधकर्ताओं ने, ओहियो स्टेट यूनिवर्सिटी और एम्फ़ेनॉल कॉर्पोरेशन के वैज्ञानिकों के साथ काम करते हुए, एक विद्युत क्षेत्र का उपयोग करके ठोस पदार्थों में गर्मी के प्रवाह को नियंत्रित करने की एक विधि का प्रदर्शन किया है।निष्कर्षों से पता चलता है कि कुछ स्मार्ट सिरेमिक क्रिस्टल के माध्यम से गर्मी ले जाने वाले कंपन को बदल सकते हैं, जिससे विद्युत रूप से ट्यून करने योग्य थर्मल परिवहन सक्षम हो जाता है।

किसी सामग्री के अंदर गर्मी के प्रवाह को विनियमित करने की क्षमता उन प्रौद्योगिकियों के लिए व्यावहारिक निहितार्थ हो सकती है जहां थर्मल प्रबंधन महत्वपूर्ण है।विद्युत नियंत्रित ऊष्मा चालन इलेक्ट्रॉनिक प्रणालियों में बेहतर शीतलन, अधिक कुशल ठोस अवस्था ऊर्जा रूपांतरण और चिप स्केल उपकरणों में बेहतर थर्मल विनियमन का समर्थन कर सकता है।ताप परिवहन के दिशात्मक नियंत्रण से उन अनुप्रयोगों को भी लाभ मिल सकता है जहां अतिरिक्त ताप प्रणाली के प्रदर्शन को सीमित करता है।

यह दृष्टिकोण क्रिस्टल जाली के माध्यम से परमाणु कंपन कैसे चलता है, इसे संशोधित करके काम करता है।जब एक विद्युत क्षेत्र लागू किया जाता है, तो सिरेमिक के भीतर आंतरिक आवेश क्षेत्र की दिशा के साथ संरेखित होते हैं।यह संरेखण फोनन के प्रकीर्णन को कम करता है, सूक्ष्म कंपन जो ठोस पदार्थों के माध्यम से गर्मी ले जाने के लिए जिम्मेदार होते हैं।अपने रास्ते में कम व्यवधानों के साथ, कंपन ऊर्जा को नष्ट करने से पहले दूर तक यात्रा कर सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप फोनन का जीवनकाल लंबा होता है और गर्मी का परिवहन तेज होता है।

यह प्रभाव रिलैक्सर आधारित फेरोइलेक्ट्रिक सिरेमिक नामक सामग्रियों के एक वर्ग में देखा जाता है।जब विद्युत क्षेत्र के संपर्क में आते हैं, तो उनके आंतरिक द्विध्रुव एक प्रक्रिया में संरेखित होते हैं जिसे पोलिंग कहा जाता है।मापन से पता चलता है कि क्षेत्र की दिशा में चलने वाले फोनन इसके लंबवत यात्रा करने वाले फोनन की तुलना में लंबे समय तक बने रहते हैं, जिससे क्षेत्र की दिशा में तापीय चालकता क्रिस्टल में देखी गई तापीय चालकता से लगभग तीन गुना बढ़ जाती है।सामग्री के भीतर परमाणु संरचना और गतिशील गति दोनों का निरीक्षण करने के लिए इनलेस्टिक न्यूट्रॉन बिखरने का उपयोग करके स्पेलेशन न्यूट्रॉन स्रोत पर किए गए प्रयोगों के माध्यम से व्यवहार की जांच की गई।

ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी में पोस्टडॉक्टरल रिसर्च एसोसिएट पुष्पा उप्रेती का कहना है कि यह काम उन्नत सामग्रियों में थर्मल ऊर्जा के प्रबंधन के लिए नई संभावनाओं की ओर इशारा करता है।"गर्मी का प्रवाह कितनी तेजी से और किस तरीके से होता है, दोनों को नियंत्रित करने में सक्षम होने से ऐसे उपकरणों का निर्माण हो सकता है जो थर्मल ऊर्जा को अधिक कुशलता से प्रबंधित करते हैं।"