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Ferroic Materials for Dynamic Heat Flow Control

Description du projet

Contrôle de la chaleur par diodes et interrupteurs thermiques pour la réfrigération et la gestion de l’énergie

Les interrupteurs et les diodes thermiques, analogues aux électriques, contrôlent le flux de chaleur. Ils sont de plus en plus utilisés dans des applications telles que les chaudières, les réchauffeurs d’air et les systèmes de chauffage. Les interrupteurs et les diodes thermiques actuels fonctionnent avec une faible efficacité ou ne sont pas adaptés aux espaces restreints, ce qui limite leur application dans les systèmes de réfrigération, d’électronique et d’énergie renouvelable. Le projet DYNAMHEAT, financé par le CER, exploitera les interactions entre les phonons et les défauts plans spontanés connus sous le nom de parois de domaine dans les oxydes ferroélectriques et ferroélastiques pour créer des interrupteurs et des diodes thermiques compacts et efficaces. Les parois des domaines peuvent être facilement produites, déplacées et orientées par l’application d’une petite quantité de tension ou de pression, ce qui permet des changements importants, contrôlés et reconfigurables des conductivités thermiques.

Objectif

Tackling climate change is one of the most pressing challenges of our modern society and requires researching new refrigeration and renewable energy systems. Performances of all these systems could be significantly improved if they were combined with solid-state thermal switches and diodes. Current strategies that require to nanostructure materials or to operate in the vicinity of a phase transition, lead to thermal switches or thermal diodes with low efficiencies or not suitable for applications where space is limited. Furthermore, once designed, thermal properties of these elements are set and cannot be modified.

My objective is to investigate a fundamentally new mechanism to design compact and efficient thermal switches and diodes. My strategy exploits, in ferroelectric and ferroelastic oxides, the interactions between phonons and spontaneously occurring planar defects known as domain walls. Domain walls can be easily generated, moved, and oriented by application of a small voltage or a small uniaxial pressure, and interact with phonons as defects do. They are thus perfect interfaces to achieve large and reconfigurable anisotropies in thermal conductivities in controlled directions in a fast and reversible way.

In this ambitious project, I develop a novel approach to demonstrate a dynamic heat flow control through (i) the reversible engineering of the density of domain walls in desired directions, and (ii) the development of advanced experimental techniques for in-operando thermal characterizations. My multidisciplinary strategy will unravel the interactions between phonons and domain walls to reach higher thermal conductivity variations, and lead to ground-breaking thermal switches and diodes. These thermal switches and diodes will be compatible with a large range of devices and have an impact in many fields critical for our transition toward a sustainable future (e.g. solid-state refrigeration, solar panels, thermoelectric devices).

Institution d’accueil

CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE CNRS
Contribution nette de l'UE
€ 1 495 000,00
Adresse
RUE MICHEL ANGE 3
75794 Paris
France

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Région
Ile-de-France Ile-de-France Paris
Type d’activité
Research Organisations
Liens
Coût total
€ 1 495 000,00

Bénéficiaires (1)