Умная керамика и электрическое поле: теплопроводность выросла почти в три раза

Исследователи Национальной лаборатории Оак-Ридж (ORNL), Университета штата Огайо и компании Amphenol Corporation обнаружили неожиданный способ управления потоком тепла в твёрдых телах: прикладывание электрического поля к специальной керамике повышает её теплопроводность почти в три раза. Результаты, опубликованные в журнале *PRX Energy* и повторно привлёкшие внимание в июле 2026 года, открывают путь к принципиально новому классу устройств теплового управления.

Что такое фононы и почему они важны

Тепло в твёрдых телах переносится в основном не электронами, а фононами — квантами тепловых колебаний кристаллической решётки. Чем длиннее путь, который фонон проходит до рассеяния на дефекте или границе, тем лучше материал проводит тепло. Именно время жизни фонона (и соответственно длина его свободного пробега) стала ключевым параметром в новом открытии.

Как работает электрический «выключатель» теплопроводности

Фокус исследования — класс «умных» керамик, называемых релаксорными сегнетоэлектриками (relaxor-based ferroelectrics). При приложении электрического поля крошечные электрические диполи внутри кристаллической решётки выравниваются. Это выравнивание снижает рассеяние фононов: они начинают двигаться по материалу значительно дальше, не теряя энергию.

«Более ранние работы с объёмными сегнетоэлектрическими материалами давали скромные улучшения теплопроводности — 5–10 процентов, тогда как новые измерения выявили прирост почти в 300% — главным образом потому, что фононы теперь живут гораздо дольше», — сообщил ведущий исследователь Майкл Мэнли из ORNL.

Особую ценность подходу придаёт обратимость: выключите поле — теплопроводность вернётся к исходному значению. Это открывает возможности для создания «теплового переключателя» — материала, который по команде либо эффективно отводит тепло, либо изолирует его.

Приложения

Управляемая теплопроводность востребована в самых разных технологиях: охлаждение микроэлектронных чипов, тепловое регулирование в батареях и аккумуляторных пакетах, системы управления температурой в силовой электронике. Способность включать и выключать теплоотвод по электрическому сигналу, без движущихся частей, даёт разработчикам гибкость, которой не предлагает ни один традиционный теплоноситель или тепловая труба.

Читайте также по теме: управлении энергией и материалами.

**Изображение:** кристаллические образцы керамики под лампой, нейтронный источник в ORNL, схема выравнивания диполей под воздействием поля.