연구원들은 '즉시' 재료의 열전도도를 조정합니다.

미네소타 대학교 트윈 시티(Twin Cities) 과학자 및 엔지니어가 이끄는 팀은 "즉시" 열 흐름을 제어하기 위해 재료의 열전도도를 조정하는 새로운 방법을 발견했습니다. 튜닝 범위는 현장의 원스텝 프로세스 중 역대 최고 수준이며, 보다 에너지 효율적이고 내구성이 뛰어난 전자 장치 개발의 문을 열어줄 것입니다.

연구진의 논문이 게재되었습니다.자연 과학을 다루는 동료 검토 과학 저널인 Nature Communications에 게재되었습니다.

전기 전도도가 물질이 전기를 얼마나 잘 전달할 수 있는지를 결정하는 것처럼, 열전도도는 물질이 열을 얼마나 잘 전달할 수 있는지를 나타냅니다. 예를 들어, 프라이팬을 만드는 데 사용되는 많은 금속은 열전도율이 높아 음식을 조리할 때 열을 효율적으로 전달할 수 있습니다.

일반적으로 재료의 열전도율은 일정하고 변하지 않는 값입니다. 그러나 미네소타 대학 팀은 연료 전지에 자주 사용되는 물질인 란타늄 스트론튬 코발타이트에서 이 값을 "조정"하는 간단한 프로세스를 발견했습니다. 스위치가 전구로의 전기 흐름을 제어하는 ​​방식과 유사하게, 연구진의 방법은 장치의 열 흐름을 켜고 끄는 방법을 제공합니다.

“재료가 열을 얼마나 잘 전달할 수 있는지를 제어하는 ​​것은 일상 생활과 산업에서 매우 중요합니다.”라고 연구의 공동 교신저자이자 미네소타 대학 기계공학과 부교수인 Xiaojia Wang이 말했습니다. "이 연구를 통해 우리는 기록적으로 높은 열 전도성 조정을 달성하여 사람들이 매일 사용하는 전자 장치의 효과적인 열 관리 및 에너지 소비에 대한 가능성을 보여주었습니다. 잘 설계되고 작동하는 열 관리 시스템은 더 나은 사용자 경험을 제공하고 장치의 내구성을 향상시키세요."

Wang의 팀은 재료 합성을 전문으로 하는 연구실인 미네소타 대학의 McKnight 대학 교수 Chris Leighton과 협력하여 작업했습니다.

Leighton의 팀은 이온(전하를 띤 분자)이 재료 표면으로 이동하는 전해질 게이팅이라는 프로세스를 사용하여 란타늄 스트론튬 코발타이트 장치를 제작했습니다. 이를 통해 Wang과 그녀의 연구팀은 낮은 전압을 적용하여 물질을 조작할 수 있었습니다.

"전해질 게이팅은 재료의 특성을 제어하는 ​​매우 강력한 기술이며 전자, 자기 및 광학 동작의 전압 제어에 대해 잘 확립되어 있습니다"라고 연구의 공동 교신저자이자 대학 교수인 Leighton이 말했습니다. 미네소타 화학 공학 및 재료 과학부. "이 새로운 연구는 물리적 동작의 전압 제어가 덜 탐구되는 열 특성 영역에 이 접근 방식을 적용합니다. 우리의 결과는 인상적인 범위에 걸쳐 저전력, 지속적으로 조정 가능한 열 전도성을 확립하여 매우 흥미로운 잠재적인 장치 응용 분야를 열어줍니다. "

"란타늄 스트론튬 코발타이트 필름이 매우 얇기 때문에 열전도도를 측정하는 것이 어려웠지만 마침내 실험이 작동하게 되었을 때 매우 흥미로웠습니다."라고 논문의 제1저자이자 미네소타 대학 기계공학과인 Yingying Zhang이 말했습니다. 공학 박사 졸업생입니다. "이 프로젝트는 재료의 열전도도 조정에 대한 유망한 예를 제공할 뿐만 아니라 까다로운 측정을 위해 실험적 한계를 뛰어넘기 위해 우리 실험실에서 사용하는 강력한 접근 방식을 보여줍니다."

이 연구는 주로 미네소타 대학교 재료 연구 과학 및 엔지니어링 센터(MRSEC)를 통해 국립과학재단의 자금 지원을 받았습니다. 연구의 일부는 대학의 특성화 시설과 미네소타 나노 센터에서 수행되었습니다.

연구팀에는 Wang, Leighton 및 Zhang 외에도 미네소타 대학교 기계 공학과 박사 과정 학생 Chi Zhang; 미네소타 대학교 화학 공학 및 재료 과학부 연구원 William Postiglione, Vipul Chaturvedi 및 Kei Heltemes; 유타대학교, 솔트레이크시티 연구원 Rui Xie, Hao Zhou 및 Tianli Feng; 아르곤 국립 연구소(Argonne National Laboratory) 물리학자 Hua Zhou.