Solide

Hokkaido-Universität, Sapporo, Japan

In der modernen Elektronik entsteht bei der Nutzung viel Wärme als Abfall – daher werden im Einsatz befindliche Geräte übermäßig heiß und benötigen Kühllösungen. Im letzten Jahrzehnt wurde das Konzept, diese Wärme über Elektrizität zu verwalten, getestet, was zur Entwicklung elektrochemischer Thermotransistoren führte.

Derzeit werden Flüssigkörper-Thermotransistoren verwendet, die jedoch kritische Einschränkungen haben – vor allem führt jede Leckage dazu, dass das Gerät nicht mehr funktioniert.

Nun hat ein Forschungsteam der Universität Hokkaido den ersten elektrochemischen Festkörper-Thermotransistor entwickelt. Die in der Fachzeitschrift „Advanced Functional Materials“ beschriebene Erfindung ist stabiler und genauso effektiv wie aktuelle Flüssigkörper-Thermotransistoren.

„Ein Thermotransistor besteht im Großen und Ganzen aus zwei Materialien: dem aktiven Material und dem Schaltmaterial“, sagte Professor Hiromichi Ohta. „Das aktive Material hat eine veränderliche Wärmeleitfähigkeit (k), und das Schaltmaterial wird verwendet, um die Wärmeleitfähigkeit des aktiven Materials zu steuern.“

Das Team baute seinen Thermotransistor auf einer mit Yttriumoxid stabilisierten Zirkonoxidbasis auf, die auch als Schaltmaterial fungierte, und verwendete Strontiumkobaltoxid als aktives Material. Platinelektroden wurden verwendet, um die zur Steuerung des Transistors erforderliche Energie bereitzustellen.

Die Wärmeleitfähigkeit des aktiven Materials im „Ein“-Zustand war vergleichbar mit der einiger Thermotransistoren im flüssigen Zustand. Im Allgemeinen war die Wärmeleitfähigkeit des aktiven Materials im „Ein“-Zustand viermal höher als im „Aus“-Zustand. Außerdem war der Transistor über 10 Nutzungszyklen hinweg stabil – besser als einige aktuelle Flüssigkörper-Thermotransistoren. Dieses Verhalten wurde an mehr als 20 separat hergestellten Thermotransistoren getestet. Einziges Manko war die Betriebstemperatur von rund 300 °C.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass elektrochemische Thermotransistoren im Festkörper das Potenzial haben, genauso effektiv zu sein wie elektrochemische Thermotransistoren im flüssigen Zustand, ohne deren Einschränkungen“, sagte Ohta. „Die größte Hürde bei der Entwicklung praktischer Thermotransistoren ist der hohe Widerstand des Schaltmaterials und damit eine hohe Betriebstemperatur. Dies wird der Schwerpunkt unserer zukünftigen Forschung sein.“

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Sohail Keegan Pinto unter Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt. Sie müssen JavaScript aktivieren, damit Sie es sehen können.; +81 11-706-2185.

Dieser Artikel erschien erstmals in der Juni-Ausgabe 2023 des Tech Briefs Magazine.

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