Nytt mikroskop spårar värmeflöde på nanoskal för grönare teknik

Forskare vid Danmarks Tekniske Universitet (DTU), Technion och universitetet i Antwerpen har utvecklat en metod för att mäta hur värme sprids i olika riktningar på mycket små områden av ett material. Deras termiska diffusivitetsmikroskop, som beskrivs i Science Advances, prövades på termoelektriska material. Resultatet är en ny mätmetod, inte en färdig snabbare dator eller effektivare solpanel.

Varför spelar värmeflödets riktning roll?

Termisk diffusivitet beskriver hur snabbt en temperaturförändring sprider sig genom ett material. I vissa kristaller sker detta olika snabbt i olika riktningar. Kristallkornens orientering och gränser kan påverka hur elektroniska komponenter, termoelektriska anordningar och beläggningar fungerar. Det är svårt att mäta denna riktningsberoende egenskap lokalt utan att skada provet.

Så fungerar mikroskopet

Forskarna använde en mikroskopisk fyrpunktsprob och en värmekälla. Genom att analysera värmesignalens fördröjning kunde de bestämma diffusiviteten i olika riktningar. Enligt forskarna kan uppställningen göra snabba mätningar utan att förstöra provet och utan särskild provberedning i den undersökta miljön.

Källa: DTU

Materialen som testades

Teamet undersökte vismuttellurid (Bi₂Te₃) och antimontellurid (Sb₂Te₃), material som används i termoelektrisk forskning. Mätningarna visade hur värmetransporten varierade med riktningen i proverna. Resultaten jämfördes med etablerade metoder. För Bi₂Te₃ stämde den uppmätta anisotropin väl överens med kristallernas orientering, och forskarna fann att kristallgittret hade en dominerande roll i den värmetransport de studerade.

Möjliga användningar och begränsningar

Mer detaljerade lokala värmemätningar kan hjälpa forskare att utvärdera material för elektronik, energiomvandling och värmehantering. Studien testade däremot ingen färdig processor, solcell eller industriell produktionslinje. Metodens användbarhet i andra material och under produktionsförhållanden behöver undersökas vidare. Något säkert datum för kommersialisering anges inte.

Forskarna och kopplingen till industrin

Neetu Lamba är studiens förstaförfattare. Forskare från DTU, Technion och universitetet i Antwerpen deltog. Applied Materials uppges inte ha utvecklat just denna mätmetod, och universitetsresultatet säger i sig inget om bolagets framtida intäkter eller aktiekurs.

Applied Materials

Sammanfattning

Den mikroskopiska fyrpunktsproben gav lokal information om riktningsberoende värmespridning i de undersökta termoelektriska materialen. Fler prover och praktiska driftmiljöer behöver studeras innan metodens bredare nytta kan fastställas.

Studie:

Lamba, N. m.fl. (2025). Thermal diffusivity microscope: Zooming in on anisotropic heat transport. Science Advances 11, eads6538. doi:10.1126/sciadv.ads6538.