Collaborative Research: EAGER: A Proof of Concept Study to Demonstrate Tunable Thermal Rectification in Liquids

合作研究:EAGER:演示液体中可调谐热整流的概念验证研究

基本信息

  • 批准号:
    1246536
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 5.46万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2012
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2012-08-15 至 2014-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

CBET-1246536/1246611Murad/Puri Thermal rectification permits a material to behave both as a conductor and an insulator simultaneously depending on the direction of heat transfer. For a material to exhibit thermal rectification it cannot be homogeneous, and its thermal conductivity should be dependent both on the local temperature in the material and the location. This requirement has generally led to the conclusion that only composite materials, such as layered walls, will exhibit thermal rectification. We propose a proof of concept study to demonstrate that thermal rectification can be induced in liquids that are generally homogeneous and not otherwise considered suitable. This will be shown by manipulating solid-fluid interfaces using either external forces through applied electric or magnetic fields, or by introducing surface forces, e.g. by rendering the surfaces hydrophobic or hydrophilic. We will use the method of molecular dynamics using a technique we have developed to investigate heat transfer at such solid-fluid interfaces and the resulting thermal rectification. We thus hope to demonstrate the possibility of thermal rectification for a wide range of liquids that are already deemed suitable for industrial applications.Thermal rectification has important applications in the thermal management of electronics and thermoelectric devices. It can also contribute to improving sustainability solutions, such as solar water heaters that are now being increasingly used, where it is undesirable to loose heat at night. Other possible applications include biomedical ultrasound devices, thermal computers, energy saving and harvesting materials, and direction dependent insulating materials. Solids cannot be easily manipulated so it is difficult to tune, i.e., change, their rectification behavior. Liquids are more amenable to such tuning, which will enable the rectification to be dynamically changed. Thus a material could exhibit rectification when desirable; else the directionality of rectification could be inverted or even tuned off completely. This would allow many new devices to benefit from thermal rectification than is currently possible.
CBET-1246536/12466611MURAD/PURI热整流允许材料既可以作为导体,又是绝缘子,并且根据热传递的方向。 对于表现出热矫正的材料,它不能均匀,并且其导热率应依赖于材料和位置的局部温度。这一要求通常导致得出的结论是,仅复合材料(例如分层壁)才能表现出热整流。我们提出了一项概念验证研究,以证明可以在通常均匀且不被认为合适的液体中诱导热整流。这将通过使用外力通过施加的电场或磁场或引入表面力,例如通过渲染表面疏水或亲水性。我们将使用已经开发的技术使用分子动力学方法来研究在这种固体界面和产生的热整流下的传热。 因此,我们希望证明对已经被认为适用于工业应用的各种液体进行热矫正的可能性。Thermal的整流在电子和热电设备的热管理中具有重要的应用。它还可以有助于改善可持续性解决方案,例如现在越来越多地使用的太阳能热水器,在晚上不可能松散热量。 其他可能的应用包括生物医学超声设备,热计算机,节能和收获材料以及方向依赖的绝缘材料。 固体不能轻易操纵,因此很难调整,即改变其整流行为。液体更适合这种调谐,这将使整流能够动态更改。因此,材料在理想时可以表现出矫正。否则,纠正的方向性可以倒置,甚至可以完全调整。这将允许许多新设备从热整流中受益,而不是目前的可能性。

项目成果

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