固体

北海道大学、札幌市

現代のエレクトロニクスでは、使用中に大量の熱が廃棄物として生成されます。これが、使用中のデバイスが過度に高温になり、冷却ソリューションが必要になる理由です。 過去 10 年間にわたり、このような熱を電気で管理するという概念がテストされ、電気化学サーマル トランジスタの開発につながりました。

現在、液体状態の熱トランジスタが使用されていますが、重大な制限があります。主に、漏れが発生するとデバイスが動作しなくなるという点です。

今回、北海道大学の研究チームが初の固体電気化学サーマルトランジスタを開発した。 Advanced Functional Materials 誌に記載されたこの発明は、現在の液体状態のサーマル トランジスタよりも安定しており、同様に効果的です。

「サーマルトランジスタは大きく2つの材料、つまり活物質とスイッチング材料で構成されています」と太田弘道教授は語る。 「活物質の熱伝導率 (k) は変更可能であり、スイッチング材料は活物質の熱伝導率を制御するために使用されます。」

研究チームは、酸化イットリウムで安定化された酸化ジルコニウムベース（スイッチング材料としても機能する）上にサーマルトランジスタを構築し、活性材料として酸化コバルトストロンチウムを使用した。 トランジスタの制御に必要な電力を供給するために白金電極が使用されました。

「オン」状態における活物質の熱伝導率は、一部の液体状態の熱トランジスタと同等でした。 一般に、活物質の熱伝導率は、「オフ」状態と比較して「オン」状態の方が 4 倍高かった。 また、このトランジスタは 10 回の使用サイクルにわたって安定しており、現行の液体サーマル トランジスタよりも優れていました。 この動作は、個別に製造された 20 を超えるサーマル トランジスタにわたってテストされました。 1 つの欠点は、動作温度が約 300 °C であることでした。

「私たちの研究結果は、固体電気化学サーマルトランジスタが、何の制限もなく、液体電気化学サーマルトランジスタと同じくらい効果的である可能性を秘めていることを示しています」と太田氏は述べた。 「実用的なサーマルトランジスタを開発するための主なハードルは、スイッチング材料の抵抗が高く、したがって動作温度が高いことです。これが私たちの今後の研究の焦点になります。」

詳細については、Sohail Keegan Pinto までお問い合わせください。このメール アドレスはスパムボットから保護されています。 表示するには JavaScript を有効にする必要があります。 +81 11-706-2185。

この記事は、Tech Briefs Magazine の 2023 年 6 月号に初めて掲載されました。

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