Израильские ученые научились управлять потоками тепла в материале

Ученые из Хайфского Техниона разработали теорию точного управления распределением тепла с помощью микроструктур. Открытие позволит эффективно защищать электронику и собирать тепловую энергию.

Профессор Галь Шмуэль представил новую теорию, впервые позволяющую точно управлять распространением тепла в материале. В сотрудничестве с коллегами из Кембриджского университета он предложил использовать тепловые метаматериалы с асимметричной и неоднородной структурой. Такие материалы обладают свойствами, которые не встречаются в природе, и позволяют направлять поток тепла в зависимости от его источника и направления входа.

Работа опубликована в журнале Physical Review Letters.

Сложность управления теплом заключается в фундаментальном различии физических процессов: свет и звук распространяются в виде волн, но тепло передается через диффузию. Ученые применили оригинальный метод гомогенизации, который точно описывает средний тепловой поток в композитах. Благодаря этому исследователям удалось создать эффект тепловой анизотропии, при котором распределение температуры внутри материала меняется асимметрично. Это позволяет буквально "приручать" тепло, заставляя его двигаться по заданным траекториям.

Практическое применение данной работы очень широкое. Создание материалов с управляемой теплопроводностью критически важно для защиты чувствительных к перегреву компонентов в микроэлектронике и космической технике. Это открывает новые возможности в области систем накопления энергии, где требуется строго направленное распределение тепловых потоков для повышения общего коэффициента полезного действия.

Как отмечает профессор Галь Шмуэль: "Открытие расширяет наш инструментарий управления теплом и предлагает новые решения для защиты чувствительной к температуре электроники и эффективной маршрутизации тепла в системах сбора тепловой энергии".