Ongeveer 90% van het wereldwijde energieverbruik bestaat uit het opwekken of manipuleren van warmte, terwijl het beheersen van thermisch transport op veel gebieden nog een uitdaging is, variërend van elektronische apparaten op micro- en nanoschaal tot luchtvaart. Materialen die abrupte overgangen vertonen tussen lage en hoge thermische geleidbaarheidstoestanden zijn sterk gewenst voor snel ontwikkelende thermische regeltoepassingen.

In een nieuw rapport gepubliceerd op Acta Materialia , een gezamenlijk team onder leiding van prof. Tong Peng en prof. Zhang Yongsheng van het Institute of Solid State Physics (ISSP) van de Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS) rapporteerde hun nieuwe bevindingen over een scherpe verandering van thermische geleidbaarheid tot 200% binnen een temperatuurinterval van 40 Kelvin in sulfiden Ni1 _-x Fe _x S.

"De waargenomen verandering van thermische geleidbaarheid overtreft die gerapporteerd in andere thermische regelmaterialen, " zei prof. Tong, "Bovendien, de bedrijfstemperatuur kan goed worden aangepast door de ijzerconcentratie af te stemmen, een dergelijk regelingsschema voor thermische geleidbaarheid aanpasbaar maken aan verschillende toepassingsbehoeften."

"We deden theoretische berekeningen, " zei prof. Zhang, een theoretisch fysicus, "en ontdekte dat de grote sprong van thermische geleidbaarheid voortkomt uit de dramatische wijziging van de elektronische structuur bij de eerste-orde faseovergang."

Het materiaal is bros van aard, dus deed de groep iets meer. Ze voegden zilver toe om de bewerkbaarheid en stabiliteit van de thermische cyclus te verbeteren, wat gunstig is voor de praktische toepassingen.

De grote sprong van thermische geleidbaarheid samen met omkeerbaarheid suggereert dat de huidige materialen een nieuw veelbelovend materiaal zijn voor toepassingen voor thermisch beheer. Daarnaast, de hexagonale sulfiden zijn gemakkelijk te synthetiseren en de grondstoffen zijn milieuvriendelijk.

Er kunnen veel toepassingen op dit materiaal worden geïntroduceerd. Bijvoorbeeld, het kan worden gebruikt om thermische diodes te construeren. Net als bij elektronische diodes, thermische diodes laten de warmtestroom alleen in een specifieke richting reizen, terwijl u in de tegenovergestelde richting blokkeert. Omdat de thermische geleidbaarheid autonoom kan worden aangepast, dit materiaal kan ook worden toegepast om de optimale temperatuur te behouden tegen de omgevingstemperatuurvariatie.