EO

MIT ‘tunet’ isolatiewaardes met elektriciteit

26 februari 2020 om 14:17 uur

Onderzoekers ontdekten dat seleniumkobaltoxide (SCO) van nature voorkomt in een atomaire configuratie die brownmillerite (midden) wordt genoemd, maar wanneer zuurstofionen eraan worden toegevoegd (rechts), wordt het geordender en meer warmtegeleidend en wanneer waterstofionen worden toegevoegd (links) ) het wordt minder ordelijk en minder warmtegeleidend.

Onderzoekers aan het MIT hebben een 'elektrische warmteklep' ontworpen, een apparaat dat de thermische geleidbaarheid van materialen naar behoefte kan variëren. Ze slaagden erin om het vermogen van het materiaal om warmte te geleiden bij kamertemperatuur met een factor 10 te beïnvloeden. Een dergelijk orde van grootte bereik van elektrisch bestuurbare variatie is nog nooit eerder in enig materiaal gezien, zeggen de onderzoekers. Bij lagere temperaturen is het effect nog groter.


De bevindingen zijn gepubliceerd in Nature.

 

Deze techniek kan de deur openen naar nieuwe technologieën voor regelbare isolatie in slimme ramen, muren en kleding, of zelfs naar nieuwe manieren om de energie van afvalwarmte te oogsten. Onderzoeker Gang Chen: "Er zijn veel toepassingen waarbij je de warmtestroom wilt regelen. Voor energieopslag in de vorm van warmte, zoals bij een zonne-thermische installatie, zou het bijvoorbeeld handig zijn om een container te hebben die sterk isolerend is om de warmte vast te houden totdat deze nodig is en die vervolgens kan worden geschakeld zeer geleidend wanneer het tijd is om die warmte op te halen."

 

De onderzoekers gebruikten strontium-kobaltoxide (SCO) in de vorm van dunne films. Door toevoeging van zuurstof aan SCO in het kristallijne brownmillerite, nam de thermische geleidbaarheid toe. Door waterstof toe te voegen nam de geleidbaarheid af. Het proces van het toevoegen of verwijderen van zuurstof en waterstof kan eenvoudig worden geregeld door het voltage van het materiaal te variëren. In wezen is het proces elektrochemisch aangedreven.


In de meeste bekende materialen is thermische geleidbaarheid onveranderlijk. Toen de onderzoekers ontdekten dat het toevoegen van bepaalde atomen aan de moleculaire structuur van een materiaal de warmtegeleiding daadwerkelijk kon verhogen, was dit dan ook een onverwacht resultaat. Het toevoegen van de extra ionen zou de geleidbaarheid slechter moeten maken (wat het geval was bij het toevoegen van waterstof , maar niet bij zuurstof).

 

Orde?

Het blijkt echter dat het plaatsen van zuurstofionen in de structuur van de brownmillerite SCO deze transformeert in een zogenoemde perovskietstructuur, een structuur met een nog meer geordende structuur dan het origineel. Warmte wordt gemakkelijk door dergelijke zeer geordende structuren geleid, terwijl het de neiging heeft om te worden verspreid en afgevoerd door zeer onregelmatige atoomstructuren. "De brownmillerite ging van een structuur met lage symmetrie naar een structuur met een hoge symmetrie. Bovendien verminderde het aantal ontbrekende zuurstofatomen. Samen leidt dit tot de betere warmtegeleiding", zegt onderzoeker Bilge Yildiz.

 

De introductie van waterstofionen veroorzaakt daarentegen juist een meer ongeordende structuur. "We kunnen dus meer orde introduceren, wat de thermische geleidbaarheid verhoogt, of we kunnen meer wanorde introduceren, wat leidt tot een lagere geleidbaarheid. We kunnen dit uitzoeken door naast onze experimenten computermodellering uit te voeren", legt Yildiz uit.

 

Dit kan zowel met een ionische vloeistof (een vloeibaar zout) of een vaste elektrolyt. Met een vloeibaar zout werkt het vooralsnog echter wel beter. De onderzoekers zoeken nog naar mogelijkheden om de werking met een vast elektrolyt te verbeteren.

 

Gerelateerd nieuws

Vermoeiing composieten  sneller detecteren

Vermoeiing composieten sneller detecteren

Een team van het Amerikaanse National Institute of Standards and Technology (NIST) heeft een methode ontwikkeld om in composieten schade door veroudering te meten. "Dit geeft ons de mogelijkheid om betere…

Nieuwe MBD-usergroup gaat ‘maak’ ondersteunen

Nieuwe MBD-usergroup gaat ‘maak’ ondersteunen

Model Based Definition is de volgende halte in een geconsolideerde commodity CAD-markt. Want nu iedereen eindelijk van 2D op 3D is gezet, moet het nu ook 3D blijven. Waarom slaan legio constructeurs na zorgvuldig…

Een nanoapparaat dat door muren heen kan kijken

Nanoapparaat kan door muren heen kijken (video)

Onderzoekers van EPFL hebben een apparaat op nanoschaal ontwikkeld dat meer dan 10 keer sneller werkt dan de snelste transistors van vandaag en dat het genereren van krachtige terahertz-golven mogelijk maakt. Deze notoir…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

B&R Industriële Automatisering BV *
B&R Industriële Automatisering BV *

Perfection in Automation

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Ringspann Benelux BV
Ringspann Benelux BV

Partner in aandrijf- en opspantechniek

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

9 april 2020, Vianen

Machineveiligheid in een dag

9 en 16 april 2020 (avond) 1 dag of 2 avonden 09.00-16.00 uur incl. lunch of 17.00-21.30 uur incl....

16 april 2020, Online

The Things Conference

Online conferentie over het netwerk der dingen, LoRaWAN .

16 juni 2020, Veldhoven

Business Software Event 2020

‘Boost your business with connected software & smart data’. Dat is het thema van het Business...

Meer agendapunten »