Il controllo efficace del trasferimento di calore è importante per migliorare l'efficienza energetica. Il diodo termico è uno degli elementi chiave del controllo del flusso di calore. Come l'attuale effetto di rettifica trovato nei diodi elettronici, il flusso di calore è facilmente mantenuto in una direzione in un diodo termico, mentre è ostruito nella direzione opposta. Un consistente raddrizzamento termico può essere ottenuto utilizzando una giunzione di due materiali solidi con andamenti opposti della conducibilità termica in funzione della temperatura. Questo tipo di diodo termico offre scalabilità e una semplice analogia del design del diodo elettrico.

Un team guidato dal prof. Tong Peng dell'Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS) dell'Accademia cinese delle scienze (CAS) ha riferito di aver trovato solfuri Ni _1-x Fe _X S, una serie di materiali che possono sbloccare nuovi modi per creare una migliore rettifica termica.

Recentemente, lo stesso team ha annunciato di aver costruito un nuovo diodo termico con un materiale combinato di Ni _0,85 Fe _0.15 S e allumina, che ha mostrato prestazioni superiori a qualsiasi altro diodo termico a stato solido mai riportato. Il loro risultato aggiornato è stato pubblicato su Journal Revisione fisica applicata .

Nel loro precedente studio, hanno scoperto il brusco salto di conduttività termica in prossimità della transizione di fase del primo ordine (FOPT) in Ni _1-x Fe _X S. Il cambiamento di conducibilità termica è alto come 200%, il che suggerisce che i solfuri sono materiali promettenti per la progettazione di diodi termici a stato solido.

Su questa base, hanno costruito un diodo termico con Ni _0,85 Fe _0.15 S (legato dal 10% in peso di Ag) e Al ₂ oh ₃ come due segmenti. Il diodo termico presenta eccellenti prestazioni di rettifica termica. Quando l'estremità fredda del diodo termico è impostata a 250 K, con una deviazione della temperatura di 97 K, il coefficiente massimo di rettifica termica ? _max raggiunge 1,51.

Quindi io _0,85 Fe _0.15 S/Al ₂ oh ₃ il diodo termico mostra vantaggi rispetto ad altri diodi termici allo stato solido. Vale a dire, suo ? _max è il più grande tra i valori riportati, nel frattempo il bias di temperatura richiesto per la guida ? _max è di almeno 100 K inferiore a quello dei diodi termici riportati aventi comparabile ? _max valori.

L'eccezionale effetto di rettifica termica dell'attuale diodo termico può avere potenziali applicazioni nei sistemi di gestione termica come la refrigerazione calorica e la conversione dell'energia.

Inoltre, sulla base di analisi sistematiche sperimentali e teoriche, il team ha chiarito come il fattore di rettifica termica è influenzato dalla temperatura terminale fredda, il rapporto di lunghezza di Ni _0,85 Fe _0.15 S e Al ₂ oh ₃ segmenti, e la nitidezza del FOPT di Ni _0,85 Fe _0.15 S.

Questi nuovi risultati forniscono guide per la progettazione di nuovi diodi termici a stato solido in futuro.