新型高效固态热整流二极管问世 提高能源利用率

  记者从中科院合肥物质科学研究院了解到，该院固体所童鹏研究员团队，基于前期研发的新型热导率自主调控材料，研制出具备优秀能力热整流性能的固态热二极管，相关研究结果日前发表在《应用物理评论》上。

  据统计，约90%的能源在使用的过程中涉及热量的产生和操控。从化石燃料发电，到废热回收利用、建筑物供暖，再到动力电池热管理、微电子器件散热等，不能离开热量的产生与传输。因此，有效控制热量，使其按需、有序传输，对于提高能源利用率、实现节能减排和可持续发展均具备极其重大意义。

  热二极管是一种非常非常重要的热流控制元件。在热二极管中，热流正向导通，而沿相反方向则受到阻碍，即热整流效应。按照热量传输方式的不同，实现热整流的方法也不一样。利用气体或液体在不同方向的对流强度不同、材料的辐射率随温度的非线性变化，可实现较大的热整流效应，但其装置难以小型化。将具有相反 style=text-decoration: none;>

  的热导率温度关系的两种固态材料构筑成异质结，可获得传导热整流效应，同时能避免上述问题。其中具有非线性热导率温度依赖关系的固态材料是实现高整流效率的关键。

  研究团队前期研究中发现了六角硫化物具有奇异热导率跳变行为，热导率在相变处变化率高达200%，即该材料的导热能力在高低温下存在巨大差异。在此基础上，研究人员利用六角硫化物和三氧化二铝分别作为两端构筑了热二极管，其具备优秀能力的整流性能：当热二极管冷端温度设定为250K时，在温差为97K条件下，最大热整流系数可达1.51。在小于100K的驱动温差下，其最大热整流系数也高于已报道的同类固态热二极管。在此基础上，通过理论计算进一步为提高热整流系数提供了理论依照，也为基于固态相变材料设计新型热二极管提供了参考。

  此外，研究人员发现六角硫化物系列材料的相变温度能通过改变铁含量进行调控，且均具有可逆的热导率突变，从而为设计和构建面向不同工作温区和应用环境的高性能固态热二极管提供了备选材料。(记者 吴长锋)