Một cách mới để “điều khiển” nhiệt

Thông thường, vật liệu truyền thống để nhiệt lan theo mọi hướng, gây khó khăn trong việc giữ pin hoặc linh kiện ở nhiệt độ ổn định. Nhóm nghiên cứu do Giáo sư Bo Zhao phát triển đã tạo ra một cấu trúc đặc biệt cho phép nhiệt chỉ chảy theo một hướng nhất định, giống như cách điốt điện kiểm soát dòng điện.

Điều này có nghĩa là các thiết bị có thể giữ nhiệt “nóng” ở một phía, ngăn không cho nhiệt quay ngược lại, giúp pin hoạt động ở nhiệt độ tối ưu và giảm hao mòn do quá nhiệt – từ đó kéo dài tuổi thọ.

Công nghệ điốt nhiệt hoạt động như thế nào

Nhóm nghiên cứu sử dụng vật liệu bán dẫn đặt dưới từ trường mạnh, khiến các hạt năng lượng và bức xạ nhiệt phản ứng theo cách không đối xứng. Khi đó, bước sóng bức xạ nhiệt bị “định hướng”, cho phép nhiệt truyền đi về phía mong muốn nhưng bị chặn lại khi cố đi ngược lại.

Sơ đồ hệ thống gồm các bề mặt không đối xứng (không thuận nghịch). Nguồn: Physical Review Research (2025). DOI: 10.1103/7p58-n6yv

Tiềm năng vượt ra ngoài pin điện thoại

Công nghệ này không chỉ có tác dụng đối với pin điện thoại mà còn có thể áp dụng cho pin xe điện, thiết bị không gian (như vệ tinh) và cả các trung tâm dữ liệu AI vốn có nhu cầu quản lý nhiệt cực lớn.

Trong môi trường không có không khí như ngoài không gian, việc kiểm soát nhiệt trở nên đặc biệt khó khăn vì không khí không thể mang nhiệt đi như trên Trái đất. Công nghệ điốt nhiệt giúp tạo ra một “vòng tuần hoàn” nhiệt cố định, cho phép nhiệt ứng dụng được điều khiển dễ dàng.

Thiết bị tuần hoàn nhiệt và ứng dụng mở rộng

Ngoài ra, nhóm còn thiết kế một thiết bị gọi là bộ tuần hoàn nhiệt (heat circulator), cho phép nhiệt di chuyển theo một vòng lặp cố định chỉ theo một hướng — đây là bước tiến lớn trong việc điều khiển năng lượng nhiệt.

Hiện nay những nguyên lý này mới chỉ được chứng minh trên lý thuyết. Tuy vậy, nhóm nghiên cứu đang hướng đến việc xây dựng bản mẫu thực tế nhằm kiểm chứng hiệu quả của công nghệ trong điều kiện hoạt động thật.