13.04.2023 von Aileen Sammler

Elektrochemische thermische Festkörpertransistoren - eine neue Transistorklasse mit großem Potenzial

Solid-State Electrochemical Thermal Transistors (SETTs) sind eine neue Klasse von Transistoren, die den Wärmefluss durch Heranziehen der elektrochemischen Eigenschaften bestimmter Materialien regulieren können. Sie arbeiten nach dem Prinzip der thermoelektrochemischen Kopplung, die eine effiziente und reversible Umwandlung von elektrischer Energie in thermische Energie ermöglicht.

SETTs haben das Potenzial, das thermische Management zu revolutionieren, das für viele Anwendungen wie Elektronik, Energieumwandlung und Kälteanlagen entscheidend ist. Traditionelle thermische Management-Methoden sind oft umständlich, teuer und ineffizient; SETTs hingegen bieten eine vielversprechende Alternative, die kompaktere, energieeffizientere und kosteneffektivere thermische Management-Systeme ermöglichen könnte.
 

Erster elektrochemischer Thermotransistor in der Festkörpertechnik entwickelt!

Wissenschaftler der Hokkaido Universität, Japan haben jetzt einen bahnbrechenden Solid-State-Elektrochemie-Thermotransistor entwickelt, der den Wärmefluss über elektrische Signale steuern kann.

Traditionelle Flüssigkeits-Thermotransistoren weisen maßgebliche Einschränkungen auf, da jedes Leck dazu führen kann, dass das Gerät funktionsuntüchtig wird. Ein Team unter der Leitung von Professor Hiromichi Ohta am Forschungsinstitut für Elektronikwissenschaften der Hokkaido Universität konstruierte einen Thermotransistor auf einer Basis aus Yttriumoxid-stabilisiertem Zirconiumoxid, die auch als Schaltmaterial fungierte, und verwendete Strontiumkobaltoxid als aktives Material. Platin-Elektroden wurden verwendet, um die zur Steuerung des Transistors erforderliche Leistung zu liefern. Die Ergebnisse zeigten, dass die WärmeleitfähigkeitDie Wärmeleitfähigkeit (λ mit der Einheit W/(m•K)) beschreibt den Transport von Energie - in Form von Wärme - durch einen Körper aufgrund eines Temperaturgefälles.Wärmeleitfähigkeit des aktiven Materials mit einigen Flüssigkeits-Thermotransistoren vergleichbar und das Gerät über zehn Nutzungszyklen stabil war, was es widerstandsfähiger als einige Flüssigkeits-Thermotransistoren macht.

 

Der thermische Festkörpertransistor besteht aus einer mehrschichtigen Struktur. Die obere und die untere Elektrode bestehen aus Platin, während als aktive Schicht Strontiumkobaltoxid (SrCoOx) verwendet wird. Die Kristallstruktur des Strontiumkobaltoxids kann durch elektrochemische OxidationOxidation kann im Zusammenhang mit thermischer Analyse verschiedene Vorgänge bezeichnen.Oxidation und Reduktion bei 280°C an Luft verändert werden. Die Wärmeleitfähigkeit der vollständig oxidierten Strontiumkobaltoxidschicht, dem so genannten "On"-Zustand, ist etwa 4 Mal höher als die Wärmeleitfähigkeit einer vollständig reduzierten Strontiumkobaltschicht, dem so genannten "Off"-Zustand. (Quelle: Yang et.al, Adv. Funct. Mater, 2023, 2214939)
Messung mit dem NETZSCH PicoTR

Zur Messung der Wärmeleitfähigkeit der Thermotransistoren verwendete das Forschungsteam die NETZSCH Time Domain Thermoreflectance Methode – das PicoTR. Wir sind sehr stolz, zu dieser Entwicklung beigetragen zu haben.

Diese bahnbrechende Technologie bietet neue Möglichkeiten für das Wärmemanagement in der Elektronik und ebnet den Weg für effizientere und zuverlässigere Geräte.

Um mehr zu erfahren, lesen Sie den folgenden Forschungsbericht (Sprache: englisch) - eine Veröffentlichung im Advanced Functional Materials Journal (Advancedsciencenews.com):