Design of thermal diodes using asymmetric thermal deformation of a Kirigami structure

材料科学 热的 热阻 二极管 机械工程 热能 超材料 光电子学 热力学 工程类 物理
作者
Chao Song,Shouhang Li,Hua Bao,Jaehyung Ju
出处
期刊:Materials & Design [Elsevier BV]
卷期号:193: 108734-108734 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.matdes.2020.108734
摘要

Driving heat flow in one direction and blocking in the other direction can provide a potential advantage in thermal engineering – e.g., thermal management and energy harvesting. Pushing the idea toward a passive operation of the thermal diode can save more thermal energy, yet extremely challenging. In this work, we design a Kirigami structure that can function as a thermal diode providing a symmetry-breaking of heat flux activated by an asymmetric thermal deformation. Large thermal deformation of the metamaterial by an asymmetric arrangement of bilayer-hinges in a symmetric Kirigami geometry is the fundamental principle for the design of thermal diodes. Analytical modeling of thermomechanical deformation, thermal resistance, and thermal rectification together with finite element simulations can help select two base materials and geometric modifications, finally generating a phase-map for the design of thermal diodes with the Kirigami structure. The asymmetric heat flow powered by a large directional thermal deformation can maximize a thermal rectification ratio, which is the essential requirement for the design of thermal diodes. The designed thermal diodes with the Kirigami structure produce a record-high thermal rectification ratio of ~240, implying that we open a new avenue of mechanical metamaterials in thermal engineering. The developed innovation can potentially be applied for the next generation thermal devices such as heat engines, refrigeration, thermal regulations of buildings, and thermal logic devices.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
科研通AI5应助黑色幽默采纳,获得10
刚刚
bkagyin应助迟迟采纳,获得10
1秒前
1秒前
2秒前
糖炒栗子完成签到,获得积分10
2秒前
pharmstudent完成签到,获得积分10
3秒前
柠檬不吃酸完成签到 ,获得积分10
3秒前
3秒前
阿梁发布了新的文献求助10
3秒前
怡然白竹发布了新的文献求助10
3秒前
明理思真完成签到,获得积分10
3秒前
cccc完成签到,获得积分10
3秒前
汉堡包应助jzy采纳,获得10
4秒前
teriteri发布了新的文献求助10
5秒前
陈肖楠完成签到,获得积分10
5秒前
愤怒的小鸽子完成签到,获得积分10
5秒前
张先生发布了新的文献求助10
6秒前
早点睡吧完成签到,获得积分10
6秒前
明理思真发布了新的文献求助10
7秒前
粗心的胜完成签到,获得积分10
7秒前
7秒前
欢呼问旋完成签到,获得积分10
8秒前
8秒前
ranhao发布了新的文献求助10
8秒前
HAHA完成签到,获得积分10
8秒前
8秒前
迟迟完成签到,获得积分10
8秒前
岑梨愁完成签到 ,获得积分10
8秒前
qiongqiong完成签到,获得积分10
9秒前
卡卡罗特完成签到 ,获得积分10
9秒前
eagle完成签到,获得积分10
9秒前
栗子完成签到,获得积分10
9秒前
东邪西毒加任我行完成签到,获得积分10
9秒前
10秒前
tcx完成签到,获得积分10
10秒前
Oasis完成签到,获得积分10
10秒前
琪琪的完成签到,获得积分10
10秒前
YH完成签到,获得积分10
10秒前
学术草履虫完成签到,获得积分10
11秒前
喻开山完成签到,获得积分10
11秒前
高分求助中
Mehr Wasserstoff mit weniger Iridium 1000
Thinking Small and Large 500
Algorithmic Mathematics in Machine Learning 500
Getting Published in SSCI Journals: 200+ Questions and Answers for Absolute Beginners 300
The Monocyte-to-HDL ratio (MHR) as a prognostic and diagnostic biomarker in Acute Ischemic Stroke: A systematic review with meta-analysis (P9-14.010) 240
Quanterion Automated Databook NPRD-2023 200
Electrolytes, Interfaces and Interphases 200
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 计算机科学 化学工程 内科学 复合材料 物理化学 电极 遗传学 量子力学 基因 冶金 催化作用
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3834152
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3376619
关于积分的说明 10494128
捐赠科研通 3096084
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1704842
邀请新用户注册赠送积分活动 820133
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 771885