13.04.2023 by Aileen Sammler

Polovodičové elektrochemické termální tranzistory - nová třída tranzistorů s velkým potenciálem

Polovodičové elektrochemické termální tranzistory (SETT) jsou novou třídou tranzistorů, které mohou regulovat tok tepla využitím elektrochemických vlastností určitých materiálů. Pracují na principu termoelektrochemické vazby, která umožňuje účinnou a vratnou přeměnu elektrické energie na tepelnou.

SETT jsou stále důležitější, protože mají potenciál způsobit revoluci v oblasti tepelného managementu, který je klíčový pro mnoho aplikací, jako je elektronika, přeměna energie a chlazení. Nabízejí slibnou alternativu ke konvenčnímu tepelnému managementu, která by mohla umožnit kompaktnější, energeticky účinnější a nákladově efektivnější systémy tepelného managementu.

První vývoj polovodičového elektrochemického tepelného tranzistoru

Vědci z univerzity v Hokkaidu nyní vyvinuli průlomový polovodičový elektrochemický tepelný tranzistor, který lze použít k řízení toku tepla prostřednictvím elektrických signálů.

Tradiční kapalinové tepelné tranzistory mají kritická omezení, protože jakýkoli únik způsobí, že zařízení přestane fungovat. Tým pod vedením profesora Hiromichi Ohty z Výzkumného ústavu pro elektronické vědy na univerzitě Hokkaido zkonstruoval svůj tepelný tranzistor na bázi oxidu zirkoničitého stabilizovaného oxidem yttria, který zároveň slouží jako spínací materiál, a jako aktivní materiál použil oxid stronciumkobaltnatý. K napájení potřebnému k ovládání tranzistoru byly použity platinové elektrody. Výsledky ukázaly, že Tepelná vodivostTepelná vodivost (λ s jednotkou W/(m-K)) popisuje přenos energie - ve formě tepla - hmotným tělesem v důsledku teplotního gradientu (viz obr. 1). Podle druhého termodynamického zákona teplo vždy proudí ve směru nižší teploty.tepelná vodivost aktivního materiálu byla srovnatelná s některými tepelnými tranzistory v kapalném stavu a zařízení bylo stabilní po dobu deseti cyklů použití, takže bylo odolnější než většina tepelných tranzistorů v kapalném stavu.

Polovodičový tepelný tranzistor se skládá z vícevrstvé struktury. Horní a spodní elektroda se skládá z platiny, zatímco jako aktivní vrstva je použit oxid stronciumkobaltnatý (SrCoOx). Krystalovou strukturu oxidu stronciumkobaltnatého lze modifikovat elektrochemickou oxidací a redukcí při teplotě 280 °C na vzduchu. Tepelná vodivostTepelná vodivost (λ s jednotkou W/(m-K)) popisuje přenos energie - ve formě tepla - hmotným tělesem v důsledku teplotního gradientu (viz obr. 1). Podle druhého termodynamického zákona teplo vždy proudí ve směru nižší teploty.Tepelná vodivost plně oxidované vrstvy oxidu stronciumkobaltnatého, tzv. stavu "on", je ~4krát vyšší ve srovnání s tepelnou vodivostí plně redukované vrstvy kobaltu stroncia, tzv. stavu "off". (Zdroj: Yang et.al, Adv. Funct. Mater, 2023, 2214939)
Měření pomocí NETZSCH PicoTR

K měření tepelné vodivosti tepelných tranzistorů použil výzkumný tým metodu NETZSCH Time Domain Thermoreflectance PicoTR. Jsme velmi hrdí na to, že jsme k tomuto vývoji přispěli.

Tato přelomová technologie nabízí nové možnosti řízení tepelné vodivosti v elektronice a otevírá cestu k účinnějším a spolehlivějším zařízením.

Chcete-li se dozvědět více, stáhněte si následující výzkumný článek - publikaci v časopise Advanced Functional Materials Journal (Advancedsciencenews.com):

Další informace o metodě termoreflexe v časové doméně