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-1246536/1246611Murad/Puri 热整流允许材料根据传热方向同时充当导体和绝缘体。 对于表现出热整流的材料来说,它不可能是均匀的,并且其导热率应取决于材料中的局部温度和位置。这一要求通常得出这样的结论:只有复合材料(例如分层墙)才会表现出热校正。我们提出了一项概念验证研究,以证明热整流可以在通常均匀且不适合的液体中引起。这将通过通过施加电场或磁场使用外力或通过引入表面力(例如表面力)来操纵固液界面来显示。通过使表面疏水或亲水。我们将使用分子动力学方法,使用我们开发的技术来研究这种固液界面的传热以及由此产生的热整流。 因此,我们希望证明对已被认为适合工业应用的各种液体进行热整流的可能性。热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太阳能热水器,因为夜间不希望散发热量。 其他可能的应用包括生物医学超声设备、热计算机、节能和收集材料以及方向相关绝缘材料。 固体不易操纵,因此很难调整(即改变)它们的整流行为。液体更适合这种调整,这将使整流能够动态改变。因此,材料可以在需要时表现出矫正;否则,整流的方向可能会反转,甚至完全关闭。这将使许多新设备能够从热整流中受益,而目前是不可能的。

项目成果

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