[发明专利]基于界面热阻效应的负微分热导器件、装置及应用

说明书

本发明公开了一种基于界面热阻效应的负微分热导器件、负微分热导装置及应用，负微分热导器件包括：加热端、与其间隔的被加热端以及布置在两者之间且由两段材料紧贴构成的同质结/异质结结构，同质结/异质结在负微分热导器件工作温度区间整体具有负的有效热膨胀系数。该负微分热导器件在工作温度区间内能实现热流随外界温差增加而非单调增加，即热流存在极大值，可以用于实现热开关、特定温度散热器以及热三极管等，在待调控的热输运路径中，仅通过形成简单的同质结/异质结结构，利用热器件对温度的依赖特性，实现了具有温度依赖特性的热流控制，无需外部温度探测和控制装置，简化了热控制系统，增强了热控制系统的准确性与及时性。

技术领域

本发明属于热器件技术领域，具体而言，涉及一种基于界面热阻效应的负微分热导器件、负微分热导装置及应用。

背景技术

负微分热导效应是指施加在器件或装置两端的温度差增大时，流过器件或装置的热流不增反减的一种非线性热输运效应。在热器件的发展过程中，负微分热导效应被认为是构造热三极管、热逻辑器件的一种重要的方法，可以实现热流的开关功能、放大功能、逻辑运算等功能。因此，负微分热导效应一直以来受到了广泛关注。

现有技术中已设计出许多具有负微分电阻的电学器件，但具有负微分热阻的热学器件却还未实现。目前大多数的热控制采取非直接温度反馈的方式：通过热电偶采集温度信息传递给控制器，再通过控制器对热输运过程进行调节。整个过程需要一个完整的闭环控制系统，热器件的整体使用条件受制于各个部分的总和，因此其工作稳定性不强、许多特殊情况难以适用。

发明内容

本发明旨在提供一种基于界面热阻效应的负微分热导器件、负微分热导装置及应用，利用热器件对温度的依赖特性，实现了具有温度依赖特性的热流控制器件。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种基于界面热阻效应的负微分热导器件，包括：加热端、与加热端间隔开的被加热端以及布置在所述加热端和被加热端之间且由第一材料和第二材料紧贴构成的同质结/异质结结构，所述同质结/异质结在工作温度下整体具有负的有效热膨胀系数。

根据本发明，第一材料的一端固定于加热端上，第二材料的一端固定于被加热端上。

根据本发明，第一材料和第二材料中至少有一段材料在工作温度区间中出现负热膨胀效应，以使得所述器件在工作区间内出现负微分热导特征。

根据本发明，第一材料和第二材料选自负热膨胀材料中的一种或多种。

根据本发明，负热膨胀材料可以是选取Si、ZrW₂O₈、Bi_0.95La_0.05NiO₃和Mn₃Cu_0.53Ge_0.47N中的一种或多种，本发明优选上述材料，但并不局限于此。

根据本发明，负微分热导器件为一维、二维或三维结构，优选为线状结构、环状结构或柱状结构。

根据本发明的另一方面，还提供了一种负微分热导装置，其含有上述任一种所述的负微分热导器件。

根据本发明的又一方面，还提供了一种负微分热导器件在热逻辑器件、热整流器件或热控制器中的应用，如在热三极管、特定温度散热器、特定温度热开关中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果：