В разработке электронных устройств, энергосберегающих технологий и новых технологий отображения информации вопрос «как контролировать тепло» стал очень актуальным. Термоэлектрические кристаллы, также известные как «термопереключатели», в последние годы привлекают к себе большое внимание, предлагая новый метод регулирования теплового потока с помощью электрических сигналов. Недавно исследовательская группа из Университета Хоккайдо объявила об успешном создании полностью твердотельного термопереключателя с использованием распространенного и недорогого диоксида церия, характеристики которого значительно превосходят предыдущие модели, что существенно продвигает практическое применение технологии управления тепловыми процессами.
Оглавление
Замечательное возвращение недорогих материалов: повторное открытие потенциала диоксида церия.
Традиционные высокоэффективные термовыключатели обычно используют редкие металлы, такие как кобальт или никель, в качестве активного слоя. Эти металлы также широко используются в литий-ионных батареях, что приводит к дефициту ресурсов по мере роста спроса. Инновация Университета Хоккайдо заключается в отказе от редких металлов и использовании вместо них недорогого и доступного диоксида церия. Этот материал по сути представляет собой полировальный порошок, широко используемый в стекольной промышленности; он легкодоступен и недорог, но при этом показал неожиданно высокий потенциал в области терморегулирования.
В состав исследовательской группы входили научный сотрудник Джон Аллен, профессор Хиромичи Ота и аспирант Мицуо Йошимура. Они успешно продемонстрировали, что даже с использованием таких распространенных материалов можно создать высокоэффективные компоненты терморегулирования, превосходящие предыдущие технологии.
Переключение теплопроводности между окислительным и восстановительным процессами: механизм работы теплового выключателя.
Исследовательская группа изготовила полностью твердотельный термопереключатель, используя диоксид церия в качестве активного слоя. После нагревания до 280 °C на воздухе они использовали электрические сигналы для изменения электрохимического состояния материала, тем самым изменяя его теплопроводность. Когда материал находился в восстановленном состоянии, его теплопроводность значительно снижалась, в то время как в окисленном состоянии теплопроводность резко возрастала.
Теплопроводность в наиболее восстановленном состоянии составляет приблизительно 2,2 Вт/мК, тогда как в окисленном состоянии она достигает 12,5 Вт/мК. Разница в теплопроводности между включенным и выключенным состоянием весьма существенна: диапазон переключения достигает 10,3 Вт/мК, что примерно вдвое больше, чем у существующих тепловых переключателей на основе тонких пленок SrCoOx или LaNiOx, при этом работа устройства стабильна и надежна.
Этот прорыв в производительности означает, что термовыключатели могут быть более чувствительными и эффективными, что значительно улучшает их функциональность в различных областях применения, связанных с управлением температурным режимом.
Системы терморегулирования находят новые применения: от энергосбережения до тепловых дисплеев.
Это достижение является не только прорывом в материаловении, но и важной вехой в практическом применении технологии управления тепловыми процессами. Ожидается, что технология, способная электрически переключать теплопроводность, в будущем будет использоваться в тепловых дисплеях, отображая изображения или информацию с помощью различных тепловых контрастов, открывая новый способ отображения, отличный от традиционных экранов. Кроме того, этот высокоэффективный тепловой переключатель будет играть решающую роль в интеллектуальном рассеивании тепла, использовании отработанного тепла и в компонентах тепловой логики следующего поколения.
Исследовательская группа из Университета Хоккайдо заявила, что в 2023 и 2024 годах им уже были разработаны два поколения полностью твердотельных термовыключателей, но для их создания по-прежнему требовалось использование редких металлов. Достижение с использованием диоксида церия на этот раз символизирует, что технология термовыключателей официально перешла от «экспериментально осуществимой» к «массово производимой и широко применимой», значительно сократив расстояние до ее практического применения.
Перспективы на будущее: на пути к действительно массовому производству компонентов терморегулирования
Результаты этого исследования были опубликованы в журнале *Science Advances* 2 января 2025 года, и одновременно была подана заявка на патент. В дальнейшем исследовательская группа сосредоточится на модификации микроструктуры материала для дальнейшего улучшения характеристик переключения теплопроводности, а также начнет изготовление прототипа теплового дисплея для внедрения этой технологии в повседневное применение.
заключение
Исследования Университета Хоккайдо успешно продемонстрировали, что передовые технологии не обязательно зависят от дорогостоящих или дефицитных материалов. Диоксид церия, широко распространенный на Земле и часто считающийся обычным промышленным материалом, может быть умело использован в высокоэффективном сердечнике термовыключателя. Это достижение не только повышает эффективность компонентов терморегулирования, но и ускоряет переход технологии из лаборатории в практическое применение, и, как ожидается, окажет глубокое влияние на энергосбережение, дисплеи, электронные устройства и будущее терморегулирование.
Ссылки:
- Разработан высокоэффективный термовыключатель на основе диоксида церия, который, как ожидается, вдвое увеличит диапазон переключения теплопроводности.
- Создание высокоэффективных термовыключателей с использованием обычных материалов – ускорение разработки практичных устройств терморегулирования – (Профессор Хиромичи Ота, Национальный институт электроники и информационных технологий)
(Источник изображения: Университет Хоккайдо)
Что касается измельчения, мы предлагаем индивидуальные настройки и можем регулировать соотношение в соответствии с требованиями обработки для достижения максимальной эффективности.
Если после прочтения текста вы все еще не знаете, как выбрать наиболее подходящий вариант.
Добро пожаловать, свяжитесь с нами, у нас есть кто-то, кто ответит на ваши вопросы.
Если вам нужна индивидуальная расценка, пожалуйста, свяжитесь с нами.
Часы работы службы поддержки клиентов: с понедельника по пятницу с 09:00 до 18:00.
Тел: 07 223 1058
Если у вас есть какие-либо вопросы или вопросы, на которые вы не смогли ответить по телефону, пожалуйста, отправьте мне личное сообщение на Facebook~~
Фейсбук Хоневэй: https://www.facebook.com/honwaygroup
Вас также может заинтересовать…
[wpb-random-posts]
