Ученые создали материал со свойствами теплового коммутатора
Группа ученых из Университета Карнеги-Меллона (Carnegie Mellon University) из Департамента инженерной механики разработала полимер со свойствами теплового коммутатора. Предложенный материал способен сам переключать свое состояние (структуру) из проводящего тепло в состояние изоляции тепла. Что важно, процесс переключения из одного состояния в другое полностью обратимый и управляется только за счет изменения температуры материала и окружающей среды.
Изобретение, как полагает руководитель группы исследователей профессор Шен Чен (Sheng Shen), способно привести к появлению новых твердотельных холодильных установок, систем сброса тепла и новых методов охлаждения электроники. Данные о работе опубликованы в журнале Science Advances в статье "High-Contrast and Reversible Polymer Thermal Regulator by Structural Phase Transition".
В ходе исследований был получен полимер с изначально высокоупорядоченной кристаллической структурой, которая, как известно, способствует эффективной передаче тепла. При нагревании материала до 340 К (66,85 °C) структура материала изменяется до гексагональной (шестиугольной). Такое строение уже препятствует тепловой проводимости, и материал становится изолятором для тепла. К этому приводит ослабление связей между молекулами полимера, что меняет структуру материала. Но это состояние обратимое. После охлаждения до заданной температуры структура материла вновь становится кристаллической и обретает свойства теплопроводности.
В природе существуют материалы, которые при нагреве могут менять теплопроводность в 4 раза. Предложенный полимер способен в 10 раз увеличивать и уменьшать свою теплопроводность, что делает его потенциально пригодным для создания нового типа холодильных или охлаждающих установок.
Переключение в обе стороны происходит быстро в коротком интервале температур в диапазоне 5 K Материал остается стабильным (не плавится) до 560 К или, говоря понятным большинству языком, до 286,85 °C. Ни один из существующих тепловых коммутаторов на основе актуальных материалов не выдерживает подобных температур.
