W rozwoju urządzeń elektronicznych, technologii energooszczędnych i nowych technologii wyświetlania, kwestia „kontroli temperatury” stała się istotnym zagadnieniem. Kryształy termoelektryczne, znane również jako „przełączniki termiczne”, cieszą się w ostatnich latach dużym zainteresowaniem, oferując nową metodę regulacji przepływu ciepła za pomocą sygnałów elektrycznych. Zespół badawczy Uniwersytetu Hokkaido ogłosił niedawno, że udało mu się stworzyć całkowicie półprzewodnikowy przełącznik termiczny wykorzystujący powszechny i niedrogi dwutlenek ceru, o wydajności znacznie przewyższającej poprzednie modele, co znacząco rozwija praktyczne zastosowanie technologii zarządzania temperaturą.
Spis treści
Niesamowity powrót tanich materiałów: ponowne odkrycie potencjału dwutlenku ceru.
Tradycyjne, wysokowydajne przełączniki termiczne zazwyczaj wykorzystują jako warstwę aktywną metale rzadkie, takie jak kobalt lub nikiel. Metale te są również szeroko stosowane w akumulatorach litowo-jonowych, co prowadzi do presji na zasoby w miarę wzrostu popytu. Innowacyjność Uniwersytetu Hokkaido polega na rezygnacji z metali rzadkich i zastąpieniu ich tanim i powszechnie występującym dwutlenkiem ceru. Materiał ten jest zasadniczo proszkiem polerskim, szeroko stosowanym w przemyśle szklarskim; jest łatwo dostępny i niedrogi, a mimo to wykazał nieoczekiwanie wysoki potencjał w dziedzinie kontroli temperatury.
Zespół badawczy składał się z badacza podoktorskiego Johna Allena, profesora Hiromichi Oty i doktoranta Mitsuo Yoshimury. Z powodzeniem wykazali, że nawet przy użyciu tak powszechnych materiałów możliwe jest tworzenie wysokowydajnych komponentów kontroli termicznej, przewyższających poprzednie technologie.
Przełączanie przewodnictwa cieplnego między utlenianiem a redukcją: mechanizm działania przełącznika termicznego
Zespół badawczy skonstruował całkowicie półprzewodnikowy przełącznik termiczny, wykorzystując dwutlenek ceru jako warstwę aktywną. Po podgrzaniu go do 280°C w powietrzu, za pomocą sygnałów elektrycznych zmienili stan elektrochemiczny materiału, zmieniając w ten sposób jego przewodność cieplną. W stanie zredukowanym przewodność cieplna materiału znacznie spadła, natomiast w stanie utlenionym przewodność cieplna gwałtownie wzrosła.
Przewodność cieplna w stanie najbardziej zredukowanym wynosi około 2,2 W/mK, a w stanie utlenionym sięga 12,5 W/mK. Różnica w przewodności cieplnej między stanem włączonym a wyłączonym jest dość znacząca, z zakresem przełączania do 10,3 W/mK, czyli około dwukrotnie wyższym niż w przypadku istniejących przełączników termicznych wykorzystujących cienkie warstwy SrCoOx lub LaNiOx. Układ charakteryzuje się stabilnością i niezawodnością działania.
Ten przełom w wydajności oznacza, że przełączniki termiczne mogą być bardziej czułe i wydajne, co znacznie poprawia funkcjonalność w różnych zastosowaniach związanych z zarządzaniem ciepłem.
Zarządzanie ciepłem znajduje nowe zastosowania: od oszczędzania energii po wyświetlacze termiczne
To osiągnięcie to nie tylko przełom w materiałoznawstwie, ale także kamień milowy w praktycznym zastosowaniu technologii zarządzania temperaturą. Oczekuje się, że technologia ta, zdolna do elektrycznego przełączania przewodności cieplnej, znajdzie w przyszłości zastosowanie w wyświetlaczach termicznych, prezentując obrazy lub informacje za pomocą różnych kontrastów termicznych, otwierając drogę do metody wyświetlania innej niż tradycyjne ekrany. Co więcej, ten wysokowydajny przełącznik termiczny odegra również kluczową rolę w inteligentnym odprowadzaniu ciepła, wykorzystaniu ciepła odpadowego oraz w układach logicznych nowej generacji.
Zespół badawczy z Uniwersytetu Hokkaido poinformował, że w latach 2023 i 2024 opracowali już dwie generacje całkowicie półprzewodnikowych przełączników termicznych, jednak nadal wymagały one zastosowania metali rzadkich. Osiągnięcie z wykorzystaniem dwutlenku ceru tym razem symbolizuje, że technologia przełączników termicznych oficjalnie przeszła od etapu „eksperymentalnie wykonalnej” do etapu „masowej produkcji i powszechnego zastosowania”, znacząco skracając dystans do jej praktycznego zastosowania.
Perspektywy na przyszłość: w kierunku prawdziwie masowej produkcji technologii komponentów kontroli termicznej
Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie *Science Advances* 2 stycznia 2025 roku, a jednocześnie złożono wniosek patentowy. Zespół badawczy skoncentruje się następnie na modyfikacji mikrostruktury materiału w celu dalszej poprawy jego właściwości przełączania przewodności cieplnej, a także rozpocznie produkcję prototypu wyświetlacza termicznego, aby wprowadzić tę technologię do codziennych zastosowań.
Wnioski
Badania Uniwersytetu Hokkaido z powodzeniem dowiodły, że najnowocześniejsza technologia niekoniecznie opiera się na drogich lub trudno dostępnych materiałach. Dwutlenek ceru, powszechnie występujący na Ziemi i często uważany za powszechny materiał przemysłowy, można sprytnie zaprojektować w przełomowym, wysokowydajnym rdzeniu przełącznika termicznego. To osiągnięcie nie tylko poprawia wydajność komponentów zarządzania temperaturą, ale także przyspiesza przejście technologii z laboratorium do zastosowań praktycznych i ma mieć ogromny wpływ na oszczędzanie energii, wyświetlacze, urządzenia elektroniczne i przyszłą kontrolę temperatury.
Odniesienia:
- Opracowano wydajny przełącznik termiczny wykorzystujący dwutlenek ceru, który powinien podwoić zakres przełączania przewodności cieplnej.
- Realizacja niezwykle wydajnych przełączników termicznych przy użyciu powszechnie dostępnych materiałów – przyspieszenie rozwoju praktycznych urządzeń do kontroli temperatury – (profesor Hiromichi Ota, Narodowy Instytut Elektroniki i Technologii Informacyjnych)
(首圖來源:北海道大學)
W zakresie szlifowania oferujemy indywidualne dostosowanie. Możemy modyfikować proporcje zgodnie z Twoimi potrzebami, aby osiągnąć najwyższą wydajność.
Jeśli po przeczytaniu tekstu nadal nie wiesz, jak wybrać najbardziej odpowiedni produkt,
Zapraszamy do kontaktu, nasi specjaliści odpowiedzą na Twoje pytania.
Jeśli potrzebujesz wyceny, skontaktuj się z nami.
Godziny obsługi klienta: poniedziałek – piątek 09:00-18:00
Numer kontaktowy：07 223 1058
Jeśli masz jakieś pytania, zapraszamy do wysłania wiadomości prywatnej na Facebooku!
Nasza strona na FB：https://www.facebook.com/honwaygroup
Być może zainteresują cię inne artykuły…
[wpb-random-posts]
