Trong quá trình phát triển các thiết bị điện tử, công nghệ tiết kiệm năng lượng và công nghệ màn hình mới, “làm thế nào để kiểm soát nhiệt” đã trở thành một vấn đề quan trọng. Tinh thể nhiệt điện, còn được gọi là “công tắc nhiệt”, đã thu hút nhiều sự chú ý trong những năm gần đây, cung cấp một phương pháp mới để điều chỉnh dòng nhiệt bằng tín hiệu điện. Một nhóm nghiên cứu tại Đại học Hokkaido gần đây đã công bố rằng họ đã chế tạo thành công một công tắc nhiệt hoàn toàn ở trạng thái rắn bằng cách sử dụng cerium dioxide thông dụng và rẻ tiền, với hiệu suất vượt xa các mô hình trước đó, thúc đẩy đáng kể ứng dụng thực tiễn của công nghệ quản lý nhiệt.
Mục lục
Sự trở lại ngoạn mục của các vật liệu giá rẻ: sự tái khám phá tiềm năng của xeri dioxit.
Các công tắc nhiệt hiệu suất cao truyền thống thường dựa vào các kim loại quý hiếm như coban hoặc niken làm lớp hoạt tính. Những kim loại này cũng được sử dụng rộng rãi trong pin lithium-ion, dẫn đến áp lực về nguồn tài nguyên khi nhu cầu tăng cao. Sự đổi mới của Đại học Hokkaido nằm ở việc từ bỏ các kim loại quý hiếm và thay vào đó sử dụng cerium dioxide rẻ và dồi dào. Vật liệu này về cơ bản là một loại bột đánh bóng được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thủy tinh; nó dễ kiếm và rẻ tiền, nhưng lại cho thấy tiềm năng cao bất ngờ trong lĩnh vực điều khiển nhiệt.
Nhóm nghiên cứu bao gồm nhà nghiên cứu sau tiến sĩ John Allen, Giáo sư Hiromichi Ota và nghiên cứu sinh Mitsuo Yoshimura. Họ đã chứng minh thành công rằng ngay cả khi sử dụng những vật liệu thông thường như vậy, vẫn có thể tạo ra các linh kiện điều khiển nhiệt hiệu suất cao vượt trội so với các công nghệ trước đây.
Chuyển đổi độ dẫn nhiệt giữa quá trình oxy hóa và khử: cơ chế hoạt động của công tắc nhiệt
Nhóm nghiên cứu đã chế tạo một công tắc nhiệt hoàn toàn ở trạng thái rắn bằng cách sử dụng cerium dioxide làm lớp hoạt tính. Sau khi nung nóng nó đến 280°C trong không khí, họ đã sử dụng tín hiệu điện để thay đổi trạng thái điện hóa của vật liệu, từ đó chuyển đổi độ dẫn nhiệt của nó. Khi vật liệu ở trạng thái khử, độ dẫn nhiệt của nó giảm đáng kể, trong khi ở trạng thái oxy hóa, độ dẫn nhiệt tăng mạnh.
Độ dẫn nhiệt ở trạng thái khử tối đa xấp xỉ 2,2 W/mK, trong khi ở trạng thái oxy hóa, nó đạt tới 12,5 W/mK. Sự khác biệt về độ dẫn nhiệt giữa trạng thái bật và tắt khá đáng kể, với phạm vi chuyển mạch lên đến 10,3 W/mK, gấp khoảng hai lần so với các công tắc nhiệt hiện có sử dụng màng mỏng SrCoOx hoặc LaNiOx, và hoạt động ổn định và đáng tin cậy.
Bước đột phá về hiệu suất này có nghĩa là các công tắc nhiệt có thể nhạy bén và hiệu quả hơn, cải thiện đáng kể chức năng trong nhiều ứng dụng quản lý nhiệt khác nhau.
Quản lý nhiệt đang tìm ra những ứng dụng mới: từ tiết kiệm năng lượng đến màn hình hiển thị nhiệt.
Thành tựu này không chỉ là một bước đột phá trong khoa học vật liệu mà còn là một cột mốc quan trọng trong ứng dụng thực tiễn của công nghệ quản lý nhiệt. Công nghệ này, có khả năng chuyển mạch điện tử độ dẫn nhiệt, dự kiến sẽ được sử dụng trong màn hình nhiệt trong tương lai, hiển thị hình ảnh hoặc thông tin thông qua các độ tương phản nhiệt khác nhau, mở ra một phương pháp hiển thị khác biệt so với màn hình truyền thống. Hơn nữa, công tắc nhiệt hiệu suất cao này cũng sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc tản nhiệt thông minh, tận dụng nhiệt thải và các linh kiện logic nhiệt thế hệ tiếp theo.
Một nhóm nghiên cứu từ Đại học Hokkaido cho biết họ đã phát triển hai thế hệ công tắc nhiệt hoàn toàn bằng chất rắn vào năm 2023 và 2024, nhưng những công nghệ này vẫn cần sử dụng các vật liệu kim loại quý hiếm. Thành tựu đạt được lần này là sử dụng cerium dioxide, đánh dấu bước chuyển mình quan trọng của công nghệ công tắc nhiệt, khi nó đã chính thức chuyển từ giai đoạn “khả thi về mặt thử nghiệm” sang “có thể sản xuất hàng loạt và ứng dụng rộng rãi”, thu hẹp đáng kể khoảng cách đến ứng dụng thực tiễn.
Triển vọng tương lai: Hướng tới công nghệ linh kiện điều khiển nhiệt có thể sản xuất hàng loạt thực sự
Nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí *Science Advances* vào ngày 2 tháng 1 năm 2025, và đơn xin cấp bằng sáng chế cũng được nộp đồng thời. Nhóm nghiên cứu sẽ tập trung vào việc điều chỉnh cấu trúc vi mô của vật liệu để cải thiện hơn nữa hiệu suất chuyển mạch dẫn nhiệt, và cũng sẽ bắt đầu chế tạo nguyên mẫu màn hình nhiệt để đưa công nghệ này vào các ứng dụng hàng ngày.
Kết luận
Исследование Университета Хоккайдо успешно доказало, что передовые технологии не обязательно должны зависеть от дорогих или дефицитных материалов. Диоксид церия, который имеется на Земле в изобилии и часто рассматривается как обычный промышленный материал, благодаря тщательно продуманному дизайну может стать основой для инновационных высокоэффективных тепловых переключателей. Этот результат не только повышает эффективность компонентов терморегулирования, но и ускоряет переход технологий из лаборатории в практическое применение. Ожидается, что это окажет глубокое влияние на энергосбережение, дисплеи, электронные устройства и будущие области теплового контроля.
Tài liệu tham khảo:
- Một công tắc nhiệt hiệu suất cao đã được phát triển bằng cách sử dụng cerium dioxide, dự kiến sẽ tăng gấp đôi phạm vi chuyển mạch dẫn nhiệt.
- Chế tạo các công tắc nhiệt hiệu năng cực cao bằng vật liệu thông thường – đẩy nhanh quá trình phát triển các thiết bị điều khiển nhiệt thực tiễn – (Giáo sư Hiromichi Ota, Viện Điện tử và Công nghệ Thông tin Quốc gia)
(Nguồn ảnh: Đại học Hokkaido)
Về mài mòn: Chúng tôi cung cấp các điều chỉnh tùy chỉnh để điều chỉnh tỷ lệ theo nhu cầu gia công, nhằm đạt hiệu quả tối đa.
Nếu bạn vẫn chưa biết cách chọn sản phẩm phù hợp sau khi đọc nội dung, hãy liên hệ với chúng tôi, sẽ có chuyên gia hỗ trợ giải đáp cho bạn.
Hãy liên hệ với chúng tôi, sẽ có chuyên gia hỗ trợ giải đáp cho bạn.
Nếu cần báo giá tùy chỉnh, hãy liên hệ với chúng tôi.
Thời gian hỗ trợ khách hàng: Thứ Hai đến Thứ Sáu, từ 09:00 đến 18:00.
phone：07 223 1058
Nếu có chủ đề muốn tìm hiểu hoặc không thể nói rõ qua điện thoại, hãy nhắn tin trực tiếp qua Facebook nhé~~
honway fb：https://www.facebook.com/honwaygroup
Các bài viết mà bạn có thể quan tâm…
[wpb-random-posts]
