Измерение того, как тепло проходит через материалы, имеет решающее значение для разработки эффективной электроники и энергетических устройств. Например, лучшее управление теплом может привести к созданию более быстрых и надежных компьютеров, а также более эффективных солнечных панелей и аккумуляторов.

"Поиск подходящих материалов для электроники имеет решающее значение при разработке устройств, необходимых нам для поддержки перехода к "зеленым" технологиям. Например, при преобразовании тепла в электричество - или наоборот - нам нужны материалы, которые теряют очень мало тепла, но в то же время являются отличными электрическими проводниками", - говорит Нини Прайдс, профессор DTU Energy.

"С этой целью мы хотим выяснить, как распределяется тепло в материалах, которые мы используем. Наблюдая за этим, мы можем определить, как тепло перемещается в разных направлениях внутри материала, что важно, поскольку влияет на их эксплуатационные характеристики".

Хитрость заключается в том, чтобы найти материалы, которые надежно работают в нанометровом масштабе. При таком масштабе небольшие изменения в способе отвода тепла могут иметь решающее значение для общей производительности материала. Например, тепло может передаваться в разных направлениях в зависимости от определенного расположения кристаллов, размера или формы зерен, что влияет на способность материала преобразовывать тепло в электричество - его термоэлектрические свойства - и может привести к созданию менее эффективного устройства.

Существуют способы изучения переноса тепла, но эти методы часто являются медленными, требуют сложных настроек или сопряжены с риском повреждения исследуемых материалов. Это затрудняло исследователям получение точных и надежных данных для оценки их эффективности.

Для этого нужен микроскоп

В недавней статье в журнале Science Advances команда ученых из DTU, Техниона и Университета Антверпена представила новый метод микроскопии, который решает эти проблемы: термодиффузионный микроскоп. Новый метод основан на полностью автоматизированной измерительной платформе CAPRES microRSP. В отличие от существующих методов, он не требует какой-либо специальной подготовки образца.

Новый микроскоп позволяет выполнять измерения с высоким разрешением в очень малых масштабах. Ученые провели свой тест на двух материалах, известных своими превосходными свойствами тепло- и электропроводности: Bi2Te3 (теллурид висмута) и Sb2Te3 (теллурид сурьмы), которые часто используются в термоэлектрических устройствах, преобразующих тепло в электричество.

Микроскоп точно измерил направленный тепловой поток в этих материалах. Другими словами, он может определять, как тепло по-разному перемещается в различных направлениях, предоставляя ценную информацию для разработки более эффективных устройств. Полученные результаты были подтверждены сравнением нового метода с другими устоявшимися методами, показавшими, что микроскоп является одновременно надежным и эффективным.

"Я считаю, что наш новый метод микроскопии является значительным шагом вперед в области материаловедения. Мы разработали быстрый, простой и безвредный способ измерения теплового потока, который дает нам лучшее понимание того, как ведут себя эти материалы", - говорит Нини Прайдс.