Ein neuer thermischer Transistor könnte Verhalten Wärme von empfindlichen elektronischen Komponenten helfen und sie auch gegen Chip und Schaltungsfehler isoliert. Sie haben die Hitze zuvor gefühlt - das Smartphone, das während wärmt einen Navigations-App oder den Laptop ausgeführt wird, der für den Schoß zu heiß wird.

Die erzeugte Wärme von elektronischen Geräten ist mehr als érgern Benutzer. Wärmeinduzierte Fehlstellen und Risse können Chips und Schaltungen verursachen auszufallen.

Eine neue Technologie zielt darauf ab, Elektronik vor Hitze schädlichen Auswirkungen zu schützen. | Illustration von Kevin Craft

Nun wird ein Stanford-geführtes Engineering-Team hat einen Weg entwickelt, um nicht nur Wärme zu verwalten, Aber helfen Sie dabei, es von empfindlichen Geräten fernzuhalten. Das Schreiben in Nature Communications, Die Forscher beschreiben einen Wärmetransistor - einen nanoskaligen Schalter, der Wärme von elektronischen Bauteilen ableiten und gegen schädliche Auswirkungen isolieren kann.

„Einen praktischen thermischen Transistors Entwicklung könnte ein Spiel-Wechsler in sein, wie wir Elektronik-Design,“, Sagte Senior Autor Kenneth Goodson, ein Professor für Maschinenbau.

Die Forscher haben versucht, Wärmeschalter für die Jahre zu entwickeln. Zurück thermische Transistoren erwies sich als zu groß, zu langsam und nicht empfindlich genug für den praktischen Einsatz. Die Herausforderung ist eine nanoskalige Technologie zu finden, die immer wieder ein- und ausschalten konnten, habe einen großen heiß zu kühlen Schalt Kontrast und keine beweglichen Teile.

Mit Hilfe von Elektroingenieur Eric Pop und Materialwissenschaftler Yi Cui, Goodson Team überwand diese Hindernisse, indem sie mit einer dünnen Schicht aus Molybdändisulfid Ausgang, ein Halbleiterkristall, der aus geschichteten Platten aus Atomen besteht. Gerade 10 Nanometer dick und wirksam bei Raumtemperatur, Dieses Material könnte in der heutigen Elektronik integriert werden, ein kritischer Faktor ist die Technologie praktisch zu machen.

Um diese wärmeleitenden Halbleiter in einen transistorähnliche Schalter zu machen, die Forscher gebadet das Material in einer Flüssigkeit mit vielen Lithiumionen. Wenn ein kleiner elektrischer Strom wird auf das System angewendet, die Lithiumatome beginnen, in die Schichten des Kristalls infundieren, Ändern seiner wärmeleitenden Eigenschaften. Da die Lithium-Konzentration steigt, der thermische Transistor abschaltet. Arbeiten mit Davide Donadio Gruppe an der University of California, Davis, Die Forscher entdeckten, dass dies geschieht, weil die Lithiumionen die Atome des Kristalls auseinander drücken. Dies macht es schwieriger für die Wärme, um durch.

Aditya Sood, ein Postdoktorand mit Goodson und Pop und Co-Erstautor der Arbeit, verglich den thermischen Transistor mit dem Thermostat in einem Auto. Wenn das Auto ist kalt, der Thermostat ausgeschaltet ist, Verhindern Kühlmittel fließt,, und der Motor hält die Wärme. Da der Motor erwärmt, die Thermostat öffnet und Kühlmittel beginnt, den Motor bei einer optimalen Temperatur zu halten, zu bewegen,. Die Forscher vorstellen, dass die thermischen Transistoren Computerchips verbunden wären ein- und ausschalten, die Hitzeschäden bei empfindlichen elektronischen Vorrichtungen begrenzen helfen.

Neben der Möglichkeit, dynamische Wärmesteuerung, Die Ergebnisse des Teams liefern neue Einblicke in das, was Lithium-Ionen-Batterien verursacht scheitern. Da die porösen Materialien in einer Batterie mit Lithium infundiert, sie behindern den Fluss von Wärme und kann dazu führen, Temperaturen bis zu schießen. Das Nachdenken über diesen Prozess ist entscheidend für sicherere Batterien entwerfen.

In einer ferneren Zukunft vorstellen, die Forscher, dass die thermischen Transistoren in Schaltungen angeordnet werden könnten unter Verwendung von Wärme-Logik zu berechnen, viel wie Halbleiter-Transistoren mit Strom compute. Aber während durch das Potential erregt die nanoskaligen zu steuern Wärme, sagen die Forscher diese Technologie ist vergleichbar mit dem die ersten elektronischen Transistoren waren einige 70 vor Jahren, selbst wenn die Erfinder konnte nicht vollständig vorstellen, was sie möglich gemacht hatte.

"Zum ersten Mal, jedoch, ein praktischer nanoskaligen thermischer Transistor ist in Reichweite,“Goodson sagt.

Quelle: engineering.stanford.edu, von Andrew Myers