Trong các thiết bị điện tử hiện đại, một lượng lớn nhiệt được tạo ra gây lãng phí trong quá trình sử dụng, đây là lý do tại sao các thiết bị như máy tính xách tay và điện thoại di động trở nên nóng lên trong khi sử dụng và cần có các giải pháp làm mát. Trong thập kỷ qua, khái niệm quản lý lượng nhiệt phát sinh này đã được thử nghiệm, dẫn đến sự phát triển của transistor nhiệt điện hóa - thiết bị có thể được sử dụng để kiểm soát nhiệt bằng tín hiệu điện. Hiện tại, các transistor nhiệt ở trạng thái lỏng đang được sử dụng, nhưng chúng có hạn chế đáng chú ý sau: về cơ bản, bất kỳ rò rỉ nào cũng khiến thiết bị ngừng hoạt động.

Một nhóm nghiên cứu tại Đại học Hokkaido (Nhật Bản) đã phát triển transistor nhiệt điện hóa trạng thái rắn đầu tiên. Phát minh của họ, được mô tả trên tạp chí “Advanced Functional Materials”, ổn định hơn nhiều và cũng hiệu quả như transistor nhiệt ở trạng thái lỏng hiện nay.

Một transistor nhiệt thường bao gồm 2 vật liệu, vật liệu hoạt động và vật liệu chuyển mạch. Vật liệu hoạt động có độ dẫn nhiệt thay đổi được và vật liệu chuyển mạch được sử dụng để kiểm soát độ dẫn nhiệt của vật liệu hoạt động.

Nhóm nghiên cứu đã chế tạo transistor nhiệt của họ trên nền oxit zirconium ổn định bằng oxit yttrium có chức năng làm vật liệu chuyển mạch và sử dụng oxit stronti coban làm vật liệu hoạt động. Các điện cực bạch kim được sử dụng để cung cấp năng lượng cần thiết cho điều khiển transistor.

Độ dẫn nhiệt của vật liệu hoạt động ở trạng thái “bật” có thể so sánh với một số transistor nhiệt ở trạng thái lỏng. Nhìn chung, độ dẫn nhiệt của vật liệu hoạt động ở trạng thái “bật” cao hơn 4 lần so với trạng thái “tắt”. Hơn nữa, transistor ổn định qua 10 chu kỳ sử dụng, tốt hơn một số transistor nhiệt ở trạng thái lỏng hiện nay. Kết quả này đã được thử nghiệm trên hơn 20 transistor nhiệt được chế tạo riêng biệt, đảm bảo kết quả có thể lặp lại được. Hạn chế duy nhất là nhiệt độ hoạt động khoảng 300°C.

Phát hiện của các nhà nghiên cứu cho thấy rằng transistor nhiệt điện hóa ở trạng thái rắn có khả năng hoạt động hiệu quả như các transistor nhiệt điện hóa ở trạng thái lỏng trong khi khắc phục được nhược điểm của vật liệu trạng thái lỏng. Rào cản chính để phát triển transistor nhiệt thực tế là điện trở cao của vật liệu chuyển mạch và do đó nhiệt độ hoạt động cao. Chi tiết tham khảo tại:

Qian Yang, Hai Jun Cho, Zhiping Bian, Mitsuki Yoshimura, Joonhyuk Lee, Hyoungjeen Jeen, Jinghuang Lin, Jiake Wei, Bin Feng, Yuichi Ikuhara, Hiromichi Ohta. Solid‐State Electrochemical Thermal Transistors. Advanced Functional Materials, 2023; 2214939 DOI: 10.1002/adfm.202214939

(Sưu tầm)
VIỆN IMC
Tòa nhà IMC Tower, Số 176 Trường Chinh, Phường Khương
Thượng, Quận Đống Đa, Thành phố Hà Nội, Việt Nam
Tel/Fax : (+84) 24 3566 6232 / 24 3566 6234
Email: info@imc.org.vn   Website: https://imc.org.vn