傳熱的有效控制對(duì)于提高能源效率很重要。熱敏二極管是熱流控制的關(guān)鍵元件之一。就像電子二極管中發(fā)現(xiàn)的電流整流效應(yīng)一樣，熱流很容易在熱二極管中保持在一個(gè)方向，而在相反方向上則受到阻礙。使用熱導(dǎo)率隨溫度變化趨勢(shì)相反的兩種固體材料的結(jié)點(diǎn)，可以獲得相當(dāng)大的熱整流。這種類型的熱二極管提供了可擴(kuò)展性和電二極管設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單類比。

由科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究所(HFIPS)童鵬教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組報(bào)告稱，他們發(fā)現(xiàn)了硫化物Ni 1-x Fe x S，這是一系列可能解鎖的材料創(chuàng)建更好的熱整流的新方法。

最近，同一團(tuán)隊(duì)宣布，他們用 Ni 0.85 Fe 0.15 S 和氧化鋁的組合材料構(gòu)建了一種新型熱二極管，其性能優(yōu)于以往報(bào)道的任何其他固態(tài)熱二極管。他們的最新結(jié)果發(fā)表在 Journal Physical Review Applied 上。

在其先前的研究中，他們?cè)阪嚢l(fā)現(xiàn)熱導(dǎo)率在一階相變(FOPT)附近的突然跳躍1-X的Fe X S的變化的熱導(dǎo)率是高達(dá)200%，這表明該硫化物是設(shè)計(jì)固態(tài)熱二極管的有前途的材料。

在此基礎(chǔ)上，他們構(gòu)建了一個(gè)由 Ni 0.85 Fe 0.15 S(由 10wt.%Ag 鍵合)和 Al 2 O 3 作為兩個(gè)部分的熱二極管。熱敏二極管表現(xiàn)出優(yōu)異的熱整流性能。當(dāng)熱敏二極管的冷端設(shè)置為250 K時(shí)，在97 K的溫度偏置下，最大熱整流系數(shù) γ max 達(dá)到1.51。

Ni 0.85 Fe 0.15 S/Al 2 O 3 熱敏二極管顯示出優(yōu)于其他固態(tài)熱敏二極管的優(yōu)勢(shì)。即，其 γ最大 是所報(bào)道的值中的最大，同時(shí)所請(qǐng)求的溫度偏差，用于驅(qū)動(dòng) γ最大 是至少為100K小于具有可比報(bào)道熱敏二極管的 γ最大 值。

當(dāng)前熱敏二極管出色的熱整流效果可能在熱量制冷和能量轉(zhuǎn)換等熱管理系統(tǒng)中具有潛在應(yīng)用。

此外，在系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)和理論分析的基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)闡明了冷端溫度、Ni 0.85 Fe 0.15 S和Al 2 O 3 段的長(zhǎng)度比以及FOPT的鋒利度對(duì)熱整流系數(shù)的影響Ni 0.85 Fe 0.15 S。

這些新結(jié)果為未來設(shè)計(jì)新的固態(tài)熱二極管提供了指導(dǎo)。