Solide

Jun 05, 2023

In der modernen Elektronik entsteht bei der Nutzung eine große Menge Wärme als Abfall – deshalb erwärmen sich Geräte wie Laptops und Mobiltelefone bei der Nutzung und benötigen Kühllösungen. Im letzten Jahrzehnt wurde das Konzept, diese Wärme mithilfe von Elektrizität zu verwalten, getestet, was zur Entwicklung elektrochemischer Thermotransistoren führte – Geräte, die zur Steuerung des Wärmeflusses mit elektrischen Signalen verwendet werden können. Derzeit werden Flüssigkörper-Thermotransistoren verwendet, die jedoch kritische Einschränkungen aufweisen: Vor allem führt jede Leckage dazu, dass das Gerät nicht mehr funktioniert.

Ein Forschungsteam der Universität Hokkaido unter der Leitung von Professor Hiromichi Ohta vom Forschungsinstitut für Elektronikwissenschaften hat den ersten elektrochemischen Festkörper-Thermotransistor entwickelt.Ihre Erfindung, beschriebenin der Fachzeitschrift „Advanced Functional Materials“ beschrieben, ist viel stabiler und genauso effektiv wie aktuelle Flüssigkörper-Thermotransistoren.

„Ein Thermotransistor besteht im Großen und Ganzen aus zwei Materialien, dem aktiven Material und dem Schaltmaterial“, erklärt Ohta. „Das aktive Material hat eine veränderliche Wärmeleitfähigkeit (????), 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. Darüber hinaus war der Transistor über 10 Nutzungszyklen stabil und damit besser als einige aktuelle Flüssigkörper-Thermotransistoren. Dieses Verhalten wurde an mehr als 20 separat hergestellten Thermotransistoren getestet, um sicherzustellen, dass die Ergebnisse reproduzierbar waren. 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“, schließt 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.“

- Diese Pressemitteilung wurde ursprünglich auf der Website der Universität Hokkaido veröffentlicht