Тепловой диод - Thermal diode
Термин « тепловой диод » иногда используется для обозначения (возможно, неэлектрического) устройства, которое позволяет теплу течь преимущественно в одном направлении. Или этот термин может использоваться для описания электрического ( полупроводникового ) диода в отношении теплового эффекта или функции. Или этот термин может использоваться для описания обеих ситуаций, когда электрический диод используется в качестве теплового насоса или термоэлектрического охладителя.
Односторонний тепловой поток
Тепловой диод в этом смысле представляет собой устройство, тепловое сопротивление которого отличается для теплового потока в одном направлении, чем для теплового потока в другом направлении. То есть, когда первая клемма термодиода горячее, чем вторая, тепло будет легко перетекать от первой ко второй, но когда вторая клемма горячее, чем первая, от второй к первой будет поступать мало тепла.
Такой эффект был впервые обнаружен в меди - меднозакисным интерфейс с Chauncey Starr в 1930 году . Начиная с 2002 г., для объяснения этого эффекта были предложены теоретические модели. В 2006 году были построены первые микроскопические твердотельные тепловые диоды. В апреле 2015 года итальянские исследователи из CNR объявили о разработке рабочего термодиода, опубликовав результаты в Nature Nanotechnology .
Тепловые сифоны могут действовать как односторонний тепловой поток. Тепловые трубы, работающие под действием силы тяжести, также могут иметь такой эффект.
Тепловой эффект или функция электрического диода
Сенсорное устройство, встроенное в микропроцессоры, используемое для контроля температуры кристалла процессора, также известно как «тепловой диод».
Это применение термодиода основано на свойстве электрических диодов изменять напряжение на нем линейно в зависимости от температуры. С повышением температуры прямое напряжение на диодах уменьшается. Микропроцессоры с высокой тактовой частотой испытывают высокие тепловые нагрузки. Для контроля температурных пределов используются термодиоды. Обычно они размещаются в той части ядра процессора, где наблюдается самая высокая температура. Напряжение на нем изменяется в зависимости от температуры диода. Все современные процессоры AMD и Intel, а также графические процессоры AMD и Nvidia имеют встроенные термодиоды. Поскольку датчик расположен непосредственно на кристалле процессора, он обеспечивает наиболее важные локальные значения температуры процессора и графического процессора. Кремниевые диоды имеют температурную зависимость -2 мВ на градус Цельсия. Таким образом, температуру перехода можно определить, пропустив заданный ток через диод и затем измерив напряжение, возникающее на нем. Помимо процессоров, та же технология широко используется в специализированных ИС датчиков температуры.
Термоэлектрический тепловой насос или охладитель
Есть два типа. Один использует полупроводник или менее эффективный металл, то есть термопары , работающие на принципах эффекта Пельтье-Зеебека . Другой основан на электронных лампах и принципах термоэлектронной эмиссии .
Устройства Пельтье
- тепловой двигатель, работающий в обратном направлении, как холодильник , такой как устройство Пельтье (диод)
Достижения
По состоянию на 2009 год команда Массачусетского технологического института работает над созданием тепловых диодов, преобразующих тепло в электричество при более низких температурах, чем раньше. Это может быть использовано при строительстве двигателей или при производстве электроэнергии. Эффективность существующих тепловых диодов составляет около 18% в диапазоне температур от 200 до 300 градусов Цельсия.