[发明专利]一种生物材料制备热整流元器件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及热整流元器件，特别是涉及一种生物材料制备热整流元器件的方法。

背景技术

热整流效应是指，热流在一个方向上有较为良好的传热性能，而在其相反方向上传热性能较差；热整流系数可以定义为两个相反方向上的热导率的比值。自从1936年Starr在实验中观察到热整流现象以后，热整流效应的研究一直是科学家们关注的重点。正如电子二极管和晶体管的发展和应用一样，如果我们可以有效地控制热流，那么热整流效应在未来的应用也将会非常广泛，根据热整流效应可以设计出热晶体管、热逻辑电路、固体热二极管等等元器件。因此，关于热整流效应的理论研究一直在快速发展和进步，应用的基本原理大致为两种：第一，应用几种传热性能不同的材料串接起来，形成热整流效应；第二，利用几何结构的非对称性，导致热传导的非对称性，形成热整流效应。

但到目前为止，实验研究中，热整流元器件的设计和制备方法却很少，文献(AppliedPhysicsLetters，2009,0910.1153v1)中通过实验，利用两种材料热传导系数不同的特点，设计和制备了一个热整流元器件，其整流效应达到1.43，但其应用温度却只能在-263℃到-173℃的范围内。文献(ScienceReports，2012,10.1038/srep00523)中通过实验，利用结构的不对称性，设计和制备了一个热整流元器件，其整流效应达到1.21，但其极大的不对称性(三角形结构)很难应用于实际的工作环境。除此之外，大多数关于热整流效应的研究都是在纳米尺度上的数值模拟或实验探究。以上方法制备得到的热整流元器件，虽然效率较高，但却存在明显的不足或弱点：第一，材料的制备方法相对复杂，制备条件难以达到；第二，材料成本很大。这使得制备得到的热整流元器件很难直接应用于现实生活或工业生产。

发明内容

本发明的目的在于针对目前热整流元器件制备方法和途径的极大局限性的现状，提供简单、高效的一种生物材料制备热整流元器件的方法。

本发明的具体步骤为：

将天然生物材料标记好正反面，放入退火炉，设定退火温度，对生物材料进行碳化处理，将碳化处理后的样品进行机械切割，观测其截面微观结构，测量所得样品由正面到反面方向和由反面到正面方向的热扩散系数，并计算出样品的热整流系数，即得热整流元器件。

所述天然生物材料可选自竹子或椰子壳等。

本发明的优点为：本发明将天然生物形态的材料通过简单的退火处理，制备出了具有热整流效应的元器件，该方法广泛适用于密度不均匀的天然生物材料，不管从制备方法的难易程度，还是从成本的高低，本发明的方法具有很大的优势；且更容易投入工业生产。

附图说明

图1为退火后的竹子的SEM图。

图2为退火后的竹子的热整流效应图。

图3为退火后的椰子壳的SEM图。

图4为退火后的椰子壳的热整流效应图。

具体实施方式

实施例1：

第一，取质地完好、结构完好的竹子一段；

第二，将取得的竹子标记好正反面后，放入退火炉，设定退火温度为600℃，对生物材料进行碳化处理；

第三，对所得碳化后的样品进行机械切割，观测其截面微观结构；

第四，测量所得样品的由正面到反面方向和由反面到正面方向的热扩散系数，并计算出其热整流系数；

退火后的竹子的SEM图见图1，退火后的竹子的热整流效应图见图2。图1中，标记1代表上表面，2代表下表面。

实施例2：

第一，取质地完好、结构完好的椰子壳一段；

第二，将取得的椰子壳标记好正反面后，放入退火炉，设定退火温度为800℃，对生物材料进行碳化处理；

第三，对所得碳化后的样品进行机械切割，观测其截面微观结构；

第四，测量所得样品的由正面到反面方向和由反面到正面方向的热扩散系数，并计算出其热整流系数。

退火后的椰子壳的SEM图见图3，退火后的椰子壳的热整流效应图见图4。