การสร้างสวิตช์ความร้อนประสิทธิภาพสูงพิเศษด้วยซีเรียมไดออกไซด์: ความก้าวหน้าครั้งใหม่จากมหาวิทยาลัยฮอกไกโด

ในการพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เทคโนโลยีประหยัดพลังงาน และเทคโนโลยีการแสดงผลแบบใหม่ “วิธีการควบคุมความร้อน” กลายเป็นประเด็นสำคัญ ผลึกเทอร์โมอิเล็กทริก หรือที่รู้จักกันในชื่อ “สวิตช์ความร้อน” ได้รับความสนใจอย่างมากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เนื่องจากนำเสนอวิธีการใหม่ในการควบคุมการไหลของความร้อนโดยใช้สัญญาณไฟฟ้า เมื่อเร็วๆ นี้ ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยฮอกไกโดได้ประกาศว่าพวกเขาประสบความสำเร็จในการสร้างสวิตช์ความร้อนแบบโซลิดสเตททั้งหมดโดยใช้ซีเรียมไดออกไซด์ซึ่งหาได้ง่ายและราคาไม่แพง โดยมีประสิทธิภาพเหนือกว่ารุ่นก่อนๆ อย่างมาก นับเป็นการพัฒนาที่สำคัญอย่างยิ่งต่อการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการจัดการความร้อนในทางปฏิบัติ

การกลับมาอย่างน่าทึ่งของวัสดุราคาประหยัด: การค้นพบศักยภาพของซีเรียมไดออกไซด์อีกครั้ง

สวิตช์ความร้อนประสิทธิภาพสูงแบบดั้งเดิมมักใช้โลหะหายาก เช่น โคบอลต์หรือนิกเกลเป็นชั้นแอคทีฟ โลหะเหล่านี้ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ซึ่งนำไปสู่แรงกดดันด้านทรัพยากรเมื่อความต้องการเพิ่มสูงขึ้น นวัตกรรมของมหาวิทยาลัยฮอกไกโดอยู่ที่การละทิ้งโลหะหายากและหันมาใช้ซีเรียมไดออกไซด์ราคาถูกและมีอยู่มากมายแทน วัสดุนี้โดยพื้นฐานแล้วเป็นผงขัดเงาที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมแก้ว หาได้ง่ายและราคาไม่แพง แต่กลับแสดงให้เห็นถึงศักยภาพที่สูงเกินคาดในด้านการควบคุมความร้อน

ทีมวิจัยประกอบด้วยนักวิจัยหลังปริญญาเอก จอห์น อัลเลน ศาสตราจารย์ฮิโรมิจิ โอตะ และนักศึกษาปริญญาโท มิตสึโอะ โยชิมูระ พวกเขาได้แสดงให้เห็นอย่างประสบความสำเร็จว่า แม้จะใช้วัสดุธรรมดาทั่วไป ก็สามารถสร้างชิ้นส่วนควบคุมความร้อนประสิทธิภาพสูงที่เหนือกว่าเทคโนโลยีรุ่นก่อนๆ ได้

การสลับค่าการนำความร้อนระหว่างปฏิกิริยาออกซิเดชันและรีดักชัน: กลไกการทำงานของสวิตช์ความร้อน

ทีมวิจัยได้ประดิษฐ์สวิตช์ความร้อนแบบโซลิดสเตทโดยใช้ซีเรียมไดออกไซด์เป็นชั้นแอคทีฟ หลังจากให้ความร้อนถึง 280°C ในอากาศแล้ว พวกเขาใช้สัญญาณไฟฟ้าเพื่อเปลี่ยนสถานะทางเคมีไฟฟ้าของวัสดุ ซึ่งส่งผลให้ค่าการนำความร้อนเปลี่ยนไป เมื่อวัสดุอยู่ในสถานะรีดิวซ์ ค่าการนำความร้อนจะลดลงอย่างมาก ในขณะที่เมื่ออยู่ในสถานะออกซิไดซ์ ค่าการนำความร้อนจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก

ค่าการนำความร้อนในสภาวะที่ลดลงมากที่สุดอยู่ที่ประมาณ 2.2 วัตต์/เมตร-เคลวิน ในขณะที่ในสภาวะออกซิไดซ์ ค่าการนำความร้อนจะสูงถึง 12.5 วัตต์/เมตร-เคลวิน ความแตกต่างของค่าการนำความร้อนระหว่างสถานะเปิดและปิดนั้นค่อนข้างน่าทึ่ง โดยมีช่วงการสลับได้ถึง 10.3 วัตต์/เมตร-เคลวิน ซึ่งสูงกว่าสวิตช์ความร้อนที่มีอยู่เดิมที่ใช้ฟิล์มบาง SrCoOx หรือ LaNiOx ประมาณสองเท่า และการทำงานก็มีเสถียรภาพและเชื่อถือได้

ความก้าวหน้าด้านประสิทธิภาพนี้หมายความว่าสวิตช์ความร้อนสามารถมีความไวและมีประสิทธิภาพมากขึ้น ซึ่งช่วยปรับปรุงการทำงานในแอปพลิเคชันการจัดการความร้อนต่างๆ ได้อย่างมีนัยสำคัญ

การจัดการความร้อนกำลังถูกนำไปประยุกต์ใช้ในรูปแบบใหม่ๆ ตั้งแต่การประหยัดพลังงานไปจนถึงจอแสดงผลแบบใช้ความร้อน

ความสำเร็จนี้ไม่เพียงแต่เป็นความก้าวหน้าในด้านวิทยาศาสตร์วัสดุเท่านั้น แต่ยังเป็นก้าวสำคัญในการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการจัดการความร้อนในทางปฏิบัติอีกด้วย เทคโนโลยีนี้ซึ่งสามารถสลับค่าการนำความร้อนด้วยไฟฟ้าได้ คาดว่าจะถูกนำไปใช้ในจอแสดงผลความร้อนในอนาคต โดยนำเสนอภาพหรือข้อมูลผ่านความแตกต่างของอุณหภูมิ เปิดวิธีการแสดงผลที่แตกต่างจากหน้าจอแบบดั้งเดิม นอกจากนี้ สวิตช์ความร้อนประสิทธิภาพสูงนี้ยังจะมีบทบาทสำคัญในการระบายความร้อนอัจฉริยะ การใช้ประโยชน์จากความร้อนเหลือทิ้ง และส่วนประกอบตรรกะความร้อนรุ่นใหม่ด้วย

ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยฮอกไกโดระบุว่า พวกเขาได้พัฒนาสวิตช์ความร้อนแบบโซลิดสเตททั้งหมดสองรุ่นแล้วในปี 2023 และ 2024 แต่ยังคงต้องใช้โลหะหายากอยู่ ความสำเร็จในการใช้ซีเรียมไดออกไซด์ในครั้งนี้เป็นสัญลักษณ์ว่า เทคโนโลยีสวิตช์ความร้อนได้ก้าวจาก “ทำได้ในเชิงทดลอง” ไปสู่ ​​”ผลิตได้ในปริมาณมากและใช้งานได้อย่างกว้างขวาง” อย่างเป็นทางการแล้ว ซึ่งช่วยลดระยะห่างระหว่างเทคโนโลยีกับการใช้งานจริงได้อย่างมาก

แนวโน้มในอนาคต: มุ่งสู่เทคโนโลยีชิ้นส่วนควบคุมความร้อนที่สามารถผลิตได้ในปริมาณมากอย่างแท้จริง

ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยฮอกไกโดระบุว่า พวกเขาได้พัฒนาสวิตช์ความร้อนแบบโซลิดสเตททั้งหมดสองรุ่นแล้วในปี 2023 และ 2024 แต่ยังคงต้องใช้โลหะหายากอยู่ ความสำเร็จในการใช้ซีเรียมไดออกไซด์ในครั้งนี้เป็นสัญลักษณ์ว่า เทคโนโลยีสวิตช์ความร้อนได้ก้าวจาก “ทำได้ในเชิงทดลอง” ไปสู่ ​​”ผลิตได้ในปริมาณมากและใช้งานได้อย่างกว้างขวาง” อย่างเป็นทางการแล้ว ซึ่งช่วยลดระยะห่างระหว่างเทคโนโลยีกับการใช้งานจริงได้อย่างมาก

สรุปแล้ว

งานวิจัยจากมหาวิทยาลัยฮอกไกโดได้แสดงให้เห็นอย่างประสบความสำเร็จว่า เทคโนโลยีล้ำสมัยไม่จำเป็นต้องพึ่งพาวัสดุราคาแพงหรือหายากเสมอไป เซเรียมไดออกไซด์ ซึ่งมีอยู่มากมายบนโลกและมักถูกมองว่าเป็นวัสดุอุตสาหกรรมทั่วไป สามารถนำมาออกแบบอย่างชาญฉลาดให้เป็นแกนสวิตช์ความร้อนประสิทธิภาพสูงได้ ความสำเร็จนี้ไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของชิ้นส่วนจัดการความร้อนเท่านั้น แต่ยังเร่งการเปลี่ยนผ่านของเทคโนโลยีจากห้องปฏิบัติการไปสู่การใช้งานจริง และคาดว่าจะส่งผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่อการอนุรักษ์พลังงาน จอแสดงผล อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และการควบคุมความร้อนในอนาคต

อ้างอิง:

• มีการพัฒนาสวิตช์ความร้อนประสิทธิภาพสูงโดยใช้ซีเรียมไดออกไซด์ ซึ่งคาดว่าจะเพิ่มช่วงการสลับค่าการนำความร้อนเป็นสองเท่า
• การสร้างสวิตช์ความร้อนประสิทธิภาพสูงพิเศษโดยใช้วัสดุทั่วไป – เร่งการพัฒนาอุปกรณ์ควบคุมความร้อนที่ใช้งานได้จริง – (ศาสตราจารย์ฮิโรมิจิ โอตะ สถาบันอิเล็กทรอนิกส์และเทคโนโลยีสารสนเทศแห่งชาติ)

(ที่มาของภาพ: มหาวิทยาลัยฮอกไกโด)

---

สำหรับการบด เรามีการปรับแต่งตามความต้องการในการประมวลผล เพื่อให้มีประสิทธิภาพสูงสุด

หากคุณยังไม่รู้ว่าจะเลือกอันที่เหมาะสมที่สุดอย่างไรหลังจากอ่านข้อความนี้แล้ว

ยินดีต้อนรับที่จะติดต่อเรา เราจะมีคนที่จะตอบคำถามของคุณ

หากคุณต้องการใบเสนอราคาแบบกำหนดเองโปรดติดต่อเรา

เวลาทำการฝ่ายบริการลูกค้า : จันทร์ – ศุกร์ 09:00~18:00 น.

โทร : 07 223 1058

หากมีข้อสงสัยหรือคำถามที่ไม่ชัดเจนทางโทรศัพท์ โปรดอย่าลังเลที่จะส่งข้อความส่วนตัวถึงฉันทาง Facebook ~~

เฟซบุ๊ก HonWay: https://www.facebook.com/honwaygroup

---

คุณอาจสนใจ…