Una nueva investigación de la Universidad Estatal de Carolina del Norte arroja luz sobre cómo se pueden usar los campos eléctricos para alterar las propiedades térmicas de los materiales ferroeléctricos, lo que permite a los ingenieros manipular el flujo de calor a través de los materiales. Los materiales ferroeléctricos se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones, desde dispositivos de ultrasonido hasta tecnologías de almacenamiento de memoria.

« Nuestro trabajo aquí es un avance significativo porque trabajamos con muestras de gran tamaño y brindamos información detallada sobre la relación entre el tipo de campo eléctrico que se aplica al material ferroeléctrico y la respuesta térmica en el material », dice Jun Liu, profesor asociado. de ingeniería mecánica y aeroespacial en NC State y autor correspondiente del estudio. « En términos prácticos, esto permite a los usuarios ajustar el comportamiento térmico del material mediante la aplicación de diferentes campos eléctricos, utilizando corriente alterna (CA) o corriente continua (CC), lo que allana el camino para desarrollar nuevas técnicas para gestionar el flujo de calor a través de varios dispositivos ».

Para este trabajo, los investigadores trabajaron con un material ferroeléctrico llamado PMN-PT, que se utiliza en tecnologías como sensores, actuadores y dispositivos de ultrasonido. Para reflejar las condiciones del mundo real, los investigadores trabajaron con muestras de 2,5 mm de espesor a temperatura ambiente.

Para el estudio, los investigadores aplicaron campos eléctricos de diferentes intensidades al material utilizando fuentes de CA y CC. Otras variables en sus pruebas fueron la frecuencia de la corriente y el tiempo que el material estuvo expuesto al campo eléctrico.

Luego, los investigadores utilizaron un conjunto de métodos para medir cómo cambiaban las propiedades térmicas de cada muestra en respuesta a las diferentes condiciones del campo eléctrico.

Los investigadores encontraron que las cuatro variables, la fuerza del campo, si era CA o CC, el tiempo y la frecuencia, desempeñaron un papel en cómo el campo eléctrico alteró las propiedades térmicas del material.

« Tener una comprensión detallada de cómo cada una de las cuatro variables influye en las propiedades térmicas del material nos brinda un control significativo en la ingeniería del comportamiento térmico del material », dice Ankit Negi, Ph.D. estudiante de NC State y primer autor de un artículo de revista sobre el estudio.

« Esperamos establecer una comprensión igualmente detallada de la relación entre los campos eléctricos y las características térmicas de otros materiales ferroeléctricos », dice Liu. « Y estamos abiertos a colaboraciones sobre cómo este trabajo podría informar el desarrollo de nuevas aplicaciones ».

La investigación se realizó con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias, con el número de subvención 2011978; de la Oficina de Investigaciones Navales, bajo el número de concesión N00014-21-1-2058; ya través del Programa de Investigación y Desarrollo Dirigido por Laboratorio INL bajo el Contrato de la Oficina de Operaciones del DOE Idaho DE-AC07-05ID14517.