De effectieve controle van de warmteoverdracht is belangrijk bij het verbeteren van de energie-efficiëntie. De thermische diode is een van de belangrijkste elementen van de regeling van de warmtestroom. Zoals het huidige rectificatie-effect dat wordt aangetroffen in elektronische diodes, warmtestroom wordt gemakkelijk in één richting gehouden in een thermische diode, terwijl het in de tegenovergestelde richting wordt belemmerd. Aanzienlijke warmterectificatie kan worden verkregen met behulp van een kruising van twee vaste materialen met tegengestelde trends in thermische geleidbaarheid als functie van temperatuur. Dit type thermische diode biedt schaalbaarheid en een eenvoudige analogie van het ontwerp van elektrische diodes.

Een team onder leiding van prof. Tong Peng van de Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS) van de Chinese Academy of Sciences (CAS) had gemeld dat ze sulfiden Ni hebben gevonden. _1-x Fe _x S, een reeks materialen die nieuwe manieren kunnen ontsluiten om betere thermische rectificatie te creëren.

Onlangs, hetzelfde team kondigde aan dat ze een nieuwe thermische diode hadden geconstrueerd met een gecombineerd materiaal van Ni _0,85 Fe _0,15 S en aluminiumoxide, die superieure prestaties vertoonde ten opzichte van andere solid-state thermische diodes die ooit zijn gemeld. Hun up-to-date resultaat is gepubliceerd op Journal Fysieke beoordeling toegepast .

In hun eerdere onderzoek ze ontdekten de abrupte sprong van thermische geleidbaarheid in de buurt van de eerste-orde faseovergang (FOPT) in Ni _1-x Fe _x S. De verandering van thermische geleidbaarheid is zo hoog als 200%, wat suggereert dat de sulfiden veelbelovende materialen zijn voor het ontwerpen van thermische diodes in vaste toestand.

Op deze basis, ze construeerden een thermische diode met Ni _0,85 Fe _0,15 S (gebonden door 10 gew.% Ag) en Al ₂ O ₃ als twee segmenten. De thermische diode vertoont uitstekende thermische rectificatieprestaties. Wanneer het koude uiteinde van de thermische diode is ingesteld op 250 K, bij een temperatuurafwijking van 97 K, de maximale thermische rectificatiecoëfficiënt γ _max bereikt 1.51.

de Ni _0,85 Fe _0,15 S/Ali ₂ O ₃ thermische diode heeft voordelen ten opzichte van andere solid-state thermische diodes. Namelijk, zijn γ _max is de grootste van de gerapporteerde waarden, ondertussen de gevraagde temperatuurbias voor het rijden γ _max is ten minste 100 K minder dan die van gerapporteerde thermische diodes met vergelijkbare γ _max waarden.

Het uitstekende thermische rectificatie-effect van de huidige thermische diode kan potentiële toepassingen hebben in thermische beheersystemen zoals calorische koeling en energieconversie.

Bovendien, op basis van systematische experimentele en theoretische analyse, het team verduidelijkte hoe de thermische rectificatiefactor wordt beïnvloed door de koude eindtemperatuur, de lengteverhouding van Ni _0,85 Fe _0,15 S en Ali ₂ O ₃ segmenten, en de scherpte van de FOPT van Ni _0,85 Fe _0,15 S.

Deze nieuwe resultaten bieden richtlijnen voor het ontwerpen van nieuwe solid-state thermische diodes in de toekomst.