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    電控固態(tài)開關(guān)管理熱流:改進的熱敏開關(guān)以電氣方式控制熱流

    —— 傳統(tǒng)熱開關(guān)的這種基于陶瓷的鏡像功能反而以電氣方式控制熱能的流動。
    作者: 時間:2025-04-03 來源:ED 收藏

    許多工程師自然而然地專注于從他們的組件、電路板和系統(tǒng)中散熱。然而,在某些情況下,動態(tài)管理熱流路徑、改變熱流路徑、引導(dǎo)熱流路徑并保持所需的設(shè)定點溫度是可取的,甚至是必要的。

    本文引用地址:http://www.ekcard.cn/article/202504/469000.htm

    這就是需要的地方。此功能的應(yīng)用包括熱快門、高級顯示器、紅外熱傳遞調(diào)節(jié)和增強的廢熱回收。

    [請注意,此不是熱控制電氣開關(guān),當達到溫度閾值或跳變點時,它會翻轉(zhuǎn)其電流開關(guān)狀態(tài)(如“石墨烯注入泡沫為熱管理提供動態(tài)可調(diào)路徑”和“管理分布式電源以實現(xiàn)安全性和冗余”中所示.”)相反,它是一個電控開關(guān),可以阻止或允許熱能流動。簡而言之:這些打開和關(guān)閉熱流。正如技術(shù)中經(jīng)常發(fā)生的那樣,我們對不同或互補的功能使用相同的名稱。

    “轉(zhuǎn)換”到 CeO2 薄膜

    日本北海道大學(xué)電子科學(xué)研究所的一個研究小組設(shè)計了一種使用氧化鈰 (CeO2) 薄膜作為活性材料來實現(xiàn)熱開關(guān)的新方法。它為現(xiàn)有材料提供了一種高效且可持續(xù)的替代品,其性能超過了以前的基準。

    出于各種材料科學(xué)原因,他們專注于 CeO2 作為熱開關(guān)活性材料的電化學(xué)還原/氧化。例如,CeO2 是一種豐富的材料,廣泛用于拋光粉、催化劑和防曬霜等實際應(yīng)用。

    其固態(tài)電化學(xué)熱開關(guān)的結(jié)構(gòu)在 0.5 mm 厚的釔穩(wěn)定氧化鋯 (YSZ) 襯底上具有 103 nm 厚的 CeO2 外延膜,夾在鉑 (Pt) 薄膜之間。(如果您不熟悉 YSZ,它是一種廉價且廣泛使用的氧化物晶體襯底,用于薄膜的外延生長。電化學(xué)還原/氧化處理在 280°C 的空氣中進行。

    當向頂部 Pt 電極施加負/正電壓時,CeO2 層會發(fā)生電化學(xué)還原/氧化。頂部的 Pt 電極也用作熱導(dǎo)率測量的傳感器(圖 1)。

    將他們的 5 × 5 mm 器件放在 280°C 的加熱器上,并在頂部 Pt 電極注入驅(qū)動 ±10 μA 恒定電流的負/正電壓(圖 2)。這些處理是通過施加 1 × 1021/cm3 的電子密度 (Q) 進行的。

    開關(guān)測量和結(jié)果

    測量這些陶瓷器件的熱和相關(guān)行為需要一系列先進的儀器,特別是當他們想要評估宏觀熱性能和微觀晶體行為時。他們的測試包括使用高角度環(huán)形暗場 (HAADF) 掃描透射電子顯微鏡 (STEM) 觀察來研究設(shè)備的面內(nèi)和面外 X 射線衍射 (XRD) 圖譜,以及使用時域熱反射 (TDTR) 的熱流。

    他們的器件實現(xiàn)了 5.8 的開/關(guān)導(dǎo)熱比和 10.3 W/米開爾文 (W/m·K) 的導(dǎo)熱系數(shù) (κ) 切換寬度。最小狀態(tài)(關(guān)態(tài))下的熱導(dǎo)率為 2.2 W/m·K,但在氧化態(tài)(導(dǎo)通狀態(tài))下,熱導(dǎo)率顯著上升至 12.5 W/m·K(圖 3)。

    其他測試研究了開關(guān)速度和弛豫時間,以及許多循環(huán)的性能。研究人員對循環(huán)結(jié)果感到特別自豪,因為性能指標在 100 次還原和氧化循環(huán)后保持一致,他們表示,這證明了卓越的耐用性和可靠性,可在實際應(yīng)用中延長使用。




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