Thermal diode assisted by geometry under cycling temperature

Abstract

El progreso tecnológico en electrónica suele requerir su uso en entornos cada vez más agresivos, como ciclos térmicos rápidos y alta densidad de potencia. Los diodos térmicos se presentan como excelentes candidatos para la protección térmica de componentes electrónicos críticos y garantizar su durabilidad y fiabilidad. Modelamos el transporte de calor a través de una placa cuadrada con un orificio sometido a una temperatura externa oscilante; estas simetrías espaciales y temporales se rompen. Encontramos una rectificación de la corriente térmica que depende en gran medida de la frecuencia y la geometría del orificio. Este sistema se comporta como un diodo térmico que podría utilizarse como parte de una arquitectura térmica para disipar el calor en condiciones de temperatura cíclica.

Technological progress in electronics usually requires their use in increasingly aggressive environments, such as rapid thermal cycling and high power density. Thermal diodes appear as excellent candidates to thermally protect critical electronic components and ensure durability and reliability. We model the heat transport across a square plate with a hole subjected to an oscillating external temperature, such spatial and temporal symmetries are broken. We find rectification of the heat current that strongly depends on the frequency and the geometry of the hole. This system behaves as a thermal diode that could be used as part of a thermal architecture to dissipate heat under cycling temperature conditions.