Vědci vyvinuli elektrochemický tepelný tranzistor v pevné fázi
V moderní elektronice se během používání produkuje velké množství tepla jako odpad – to je důvod, proč se zařízení, jako jsou notebooky a mobilní telefony, během používání zahřívají a vyžadují řešení chlazení. V posledním desetiletí byl testován koncept řízení tohoto tepla pomocí elektřiny, což vedlo k vývoji elektrochemických tepelných tranzistorů – zařízení, která lze použít k řízení tepelného toku pomocí elektrických signálů.
V současné době se používají tepelné tranzistory v kapalném stavu, ale mají kritická omezení: především jakýkoli únik způsobí, že zařízení přestane fungovat.
Výzkumný tým na Hokkaidské univerzitě pod vedením profesora Hiromichiho Ohty z Výzkumného ústavu pro elektronickou vědu vyvinul první elektrochemický tepelný tranzistor v pevné fázi. Jejich vynález popsaný v časopise Advanced Functional Materials je mnohem stabilnější a stejně účinný jako současné tepelné tranzistory v kapalném stavu.
"Tepelný tranzistor se skládá zhruba ze dvou materiálů, aktivního materiálu a spínacího materiálu," vysvětluje Ohta. "Aktivní materiál má proměnlivou tepelnou vodivost (𝜅) a spínací materiál se používá k řízení tepelné vodivosti aktivního materiálu."
Tým zkonstruoval svůj tepelný tranzistor na bázi oxidu zirkoničitého stabilizovaného oxidem yttria, který také fungoval jako spínací materiál, a jako aktivní materiál použil oxid stroncium kobaltnatý. Platinové elektrody byly použity k dodání energie potřebné k ovládání tranzistoru.
Tepelná vodivost aktivního materiálu v "zapnutém" stavu byla srovnatelná s některými tepelnými tranzistory v kapalném stavu. Obecně byla tepelná vodivost aktivního materiálu čtyřikrát vyšší ve stavu "zapnuto" ve srovnání se stavem "vypnuto". Dále byl tranzistor stabilní po 10 cyklech použití, lepší než některé současné tepelné tranzistory v tekutém stavu. Toto chování bylo testováno u více než 20 samostatně vyrobených tepelných tranzistorů, což zajistilo reprodukovatelnost výsledků. Jedinou nevýhodou byla provozní teplota kolem 300°C.
"Naše zjištění ukazují, že elektrochemické tepelné tranzistory v pevné fázi mají potenciál být stejně účinné jako elektrochemické tepelné tranzistory v kapalném stavu, a to bez jakýchkoliv omezení," uzavírá Ohta. "Hlavní překážkou při vývoji praktických tepelných tranzistorů je vysoký odpor spínacího materiálu, a tím i vysoká provozní teplota. To bude předmětem našeho budoucího výzkumu."
