固体

Jun 05, 2023

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、ラップトップや携帯電話などのデバイスが使用中に熱くなり、冷却ソリューションが必要になる理由です。 過去 10 年間、電気を使用してこの熱を管理するという概念がテストされ、電気化学的サーマル トランジスタ (電気信号で熱流を制御するために使用できるデバイス) 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、漏れがあるとデバイスが動作しなくなるということです。

北海道大学電子科学研究所の太田弘道教授率いる研究チームは、初の固体電気化学サーマルトランジスタを開発した。彼らの発明について説明すると、Advanced Functional Materials 誌で発表されたこのトランジスタは、現在の液体サーマル トランジスタよりもはるかに安定しており、同じくらい効果的です。

「サーマルトランジスタは、大きく分けて活物質とスイッチング物質の2つの材料で構成されています」と太田氏は説明する。 「活物質は変化可能な熱伝導率 (????) を持っており、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、スイッチング材料としても機能する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。 さらに、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、現在の液体サーマル トランジスタよりも優れていました。 この動作は、別々に製造された 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、結果の再現性が確認されました。 唯一の欠点は、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、Ohta 氏は結論づけています。 「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。」

- このプレスリリースはもともと北海道大学のウェブサイトに掲載されたものです