دانشمندان ترانزیستور حرارتی الکتروشیمیایی حالت جامد را توسعه دادند

21 فوریه 2023 – توسط دانشگاه هوکایدو-ترانزیستور حرارتی الکتروشیمیایی حالت جامد پیشگام در این مطالعه توسعه یافت. اعتبار: هیرومیچی اوهتا

در الکترونیک مدرن، مقدار زیادی گرما به عنوان ضایعات در حین استفاده تولید می شود – به همین دلیل است که وسایلی مانند لپ تاپ و تلفن همراه در حین استفاده گرم می شوند و به راه حل های خنک کننده نیاز دارند. در دهه گذشته، مفهوم مدیریت این گرما با استفاده از الکتریسیته مورد آزمایش قرار گرفته است که منجر به توسعه ترانزیستورهای حرارتی الکتروشیمیایی می شود – دستگاه هایی که می توانند برای کنترل جریان گرما با سیگنال های الکتریکی مورد استفاده قرار گیرند.

در حال حاضر، ترانزیستورهای حرارتی حالت مایع در حال استفاده هستند، اما دارای محدودیت های حیاتی هستند: عمدتاً، هر گونه نشتی باعث توقف کار دستگاه می شود.

یک تیم تحقیقاتی در دانشگاه هوکایدو به سرپرستی پروفسور هیرومیچی اوهتا در موسسه تحقیقات علوم الکترونیک اولین ترانزیستور حرارتی الکتروشیمیایی حالت جامد را توسعه داده است. اختراع آنها که در مجله Advanced Functional Materials توضیح داده شده است، بسیار پایدارتر از ترانزیستورهای حرارتی حالت مایع فعلی است و به همان اندازه موثر است.

اوهتا توضیح می دهد: «ترانزیستور حرارتی به طور کلی از دو ماده تشکیل شده است، ماده فعال و ماده سوئیچینگ. ماده فعال دارای رسانایی حرارتی قابل تغییر است (?) و ماده سوئیچینگ برای کنترل هدایت حرارتی ماده فعال استفاده می شود.

این تیم ترانزیستور حرارتی خود را بر روی یک پایه اکسید زیرکونیوم تثبیت شده با اکسید ایتریوم، که به عنوان ماده سوئیچینگ نیز عمل می کرد، ساختند و از اکسید کبالت استرانسیوم به عنوان ماده فعال استفاده کردند. از الکترودهای پلاتین برای تامین برق مورد نیاز برای کنترل ترانزیستور استفاده شد.

رسانایی حرارتی ماده فعال در حالت “روشن” با برخی از ترانزیستورهای حرارتی حالت مایع قابل مقایسه بود. به طور کلی، رسانایی حرارتی ماده فعال در حالت “روشن” در مقایسه با حالت “خاموش” چهار برابر بیشتر بود. علاوه بر این، ترانزیستور در طول 10 چرخه استفاده پایدار بود، بهتر از برخی از ترانزیستورهای حرارتی حالت مایع فعلی. این رفتار در بیش از 20 ترانزیستور حرارتی ساخته شده جداگانه آزمایش شد و اطمینان حاصل شد که نتایج قابل تکرار هستند. تنها نقطه ضعف آن دمای کاری حدود 300 درجه سانتیگراد بود.

Ohta در پایان می‌گوید: «یافته‌های ما نشان می‌دهد که ترانزیستورهای حرارتی الکتروشیمیایی حالت جامد این پتانسیل را دارند که به اندازه ترانزیستورهای حرارتی الکتروشیمیایی حالت مایع مؤثر باشند، بدون هیچ‌یک از محدودیت‌هایشان».

 مانع اصلی توسعه ترانزیستورهای حرارتی عملی، مقاومت بالای مواد سوئیچینگ و در نتیجه دمای عملیاتی بالا است. این موضوع تمرکز تحقیقات آینده ما خواهد بود.