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Jun 09, 2023

Los investigadores ajustan la conductividad térmica de los materiales 'sobre la marcha' para obtener más energía

8 de junio de 2023 Este artículo

8 de junio de 2023

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por la Universidad de Minnesota

Un equipo dirigido por científicos e ingenieros de la Universidad de Minnesota Twin Cities descubrió un nuevo método para ajustar la conductividad térmica de los materiales para controlar el flujo de calor "sobre la marcha". Su rango de sintonización es el más alto jamás registrado entre los procesos de un solo paso en el campo, y abrirá la puerta al desarrollo de dispositivos electrónicos duraderos y más eficientes energéticamente.

El artículo de los investigadores se publica en Nature Communications.

Así como la conductividad eléctrica determina qué tan bien un material puede transportar electricidad, la conductividad térmica describe qué tan bien un material puede transportar calor. Por ejemplo, muchos metales utilizados para fabricar sartenes tienen una alta conductividad térmica para que puedan transportar el calor de manera eficiente para cocinar los alimentos.

Por lo general, la conductividad térmica de un material es un valor constante e invariable. Sin embargo, el equipo de la Universidad de Minnesota ha descubierto un proceso simple para "ajustar" este valor en la cobaltita de lantano y estroncio, un material que se usa a menudo en las celdas de combustible. Similar a la forma en que un interruptor controla el flujo de electricidad a una bombilla, el método de los investigadores proporciona una forma de encender y apagar el flujo de calor en los dispositivos.

"Controlar qué tan bien un material puede transferir calor es de gran importancia en la vida diaria y en la industria", dijo Xiaojia Wang, coautor del estudio y profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Minnesota. "Con esta investigación, hemos logrado un ajuste sin precedentes de la conductividad térmica, lo que se muestra prometedor para una gestión térmica y un consumo de energía efectivos en los dispositivos electrónicos que la gente usa todos los días. Un sistema de gestión térmica bien diseñado y que funcione permitiría una mejor experiencia del usuario y hacer que los dispositivos sean más duraderos".

El equipo de Wang trabajó en conjunto con el distinguido profesor de la Universidad McKnight de la Universidad de Minnesota, Chris Leighton, cuyo laboratorio se especializa en la síntesis de materiales.

El equipo de Leighton fabricó los dispositivos de cobaltita de estroncio y lantano utilizando un proceso llamado activación de electrolitos, en el que los iones (moléculas con una carga eléctrica) se conducen a la superficie del material. Esto permitió que Wang y su equipo de investigación manipularan el material aplicándole un bajo voltaje.

"La activación de electrolitos es una técnica tremendamente poderosa para controlar las propiedades de los materiales, y está bien establecida para el control de voltaje del comportamiento electrónico, magnético y óptico", dijo Leighton, coautor del estudio y miembro de la facultad de la Universidad. del Departamento de Ingeniería Química y Ciencia de los Materiales de Minnesota. "Este nuevo trabajo aplica este enfoque en el ámbito de las propiedades térmicas, donde el control de voltaje del comportamiento físico está menos explorado. Nuestros resultados establecen una conductividad térmica ajustable de forma continua y de baja potencia en un rango impresionante, lo que abre algunas aplicaciones de dispositivos potenciales bastante emocionantes. "

"Aunque fue un desafío medir la conductividad térmica de las películas de cobaltita de estroncio y lantano porque son muy delgadas, fue muy emocionante cuando finalmente logramos que los experimentos funcionaran", dijo Yingying Zhang, primer autor del artículo y profesor de mecánica de la Universidad de Minnesota. doctorado en ingeniería antiguo alumno. "Este proyecto no solo proporciona un ejemplo prometedor de ajuste de la conductividad térmica de los materiales, sino que también demuestra los poderosos enfoques que utilizamos en nuestro laboratorio para superar el límite experimental de las mediciones desafiantes".

Más información: Yingying Zhang et al, Ajuste continuo de amplio rango de la conductividad térmica de las películas de La0.5Sr0.5CoO3-δ a través de la activación de gel de iones a temperatura ambiente, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-38312-z

Información del diario:Comunicaciones de la naturaleza

Proporcionado por la Universidad de Minnesota