热三极管及热路制造技术

本发明专利技术提供一种热三极管，包括：一第一热极与一第二热极，所述第一热极由金属材料制成，所述第二热极由导电非金属材料制成，所述第一热极与所述第二热极紧密接触形成一热界面；一热阻调节单元，用于改变所述热界面处的电场，所述热阻调节单元包括一电压提供装置，分别与所述第一热极、所述第二热极电连接，在所述第一热极、所述第二热极之间提供一偏置电压。本发明专利技术提供的热三极管简单、有效地实现了热整流，为进一步制造各种热逻辑器件提供了可能。

Thermal Triode and Thermal Circuit

【技术实现步骤摘要】
热三极管及热路
本专利技术涉及热学
，尤其涉及一种热三极管。
技术介绍
当热量流过两个相接触的固体的交界面时，界面本身对热流呈现出明显的热阻，即界面热阻(interfacialthermalresistance)。通过调控界面热阻的大小可以实现热逻辑控制，并可以在此基础上制造热学器件。然而，现有技术中尚没有一种能够有效的控制界面热阻的方法以及界面热阻可调的热学器件。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一种热三极管，以克服现有技术中的不足。一种热三极管，包括：一第一热极与一第二热极，所述第一热极由金属材料制成，所述第二热极由导电非金属材料制成，所述第一热极与所述第二热极紧密接触形成一热界面；一热阻调节单元，用于改变所述热界面处的电场，所述热阻调节单元包括一电压提供装置，分别与所述第一热极、所述第二热极电连接，在所述第一热极、所述第二热极之间提供一偏置电压。相较于现有技术，本专利技术提供的热三极管可以利用电场调控金属热介质与非金属热介质交界面处的热阻。简单、有效地实现了热整流，为进一步制造各种热逻辑器件提供了可能。附图说明图1为本专利技术实施例提供的界面热阻调控方法流程图。图2为本专利技术实施例提供的一种界面热阻调控方法示意图。图3为本专利技术实施例中第一热极与第二热极部分重合示意图。图4为本专利技术实施例提供的碳纳米管膜中碳纳米管片断的结构示意图。图5为本专利技术实施例提供的另一种界面热阻调控方法示意图。图6为图5提供的界面热阻调控方法对应的电压-热阻关系图。图7为本专利技术实施例提供的一种热三极管界结构示意图。图8为本专利技术实施例提供的另一种热三极管界结构示意图。图9为本专利技术实施例提供的热路示意图。图10为本专利技术实施例提供的热三极管的制备方法流程图。主要元件符号说明热三极管50a、50b第一热极10第一端11第二端13第二热极20第三端21第四端23热界面100热阻调节单元30a第一电极31第二电极33第一控制模块35a第二控制模块35b旋转装置353电压提供装置37外壳40碳纳米管片段122碳纳米管124具体实施方式下面将结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。请参阅图1-2，本专利技术实施例提供一种界面热阻调控方法，用于调控金属材料与非金属材料交界面处的热阻。所述调控方法包括：步驟S11，提供一第一热极10与一第二热极20，所述第一热极10由金属材料制成，所述第二热极20由非金属材料制成，所述第一热极10与所述第二热极20紧密接触形成一热界面100；以及步驟S12，通过改变所述热界面100处的电场强度(方向和/或强弱)调节所述热界面100处的热阻。步骤S11中，所述第一热极10、所述第二热极20均由热导材料制成，区别在于制成所述第一热极10的热导材料为金属材料，包括金属单质或合金，如铜、铝、铁、金、银等，制成所述第二热极20的热导材料为非金属材料，优选为导电非金属材料，如碳纳米管、石墨烯、碳纤维等。所述第一热极10与所述第二热极20的形状和尺寸不限，但如果减小所述第一热极10与所述第二热极的厚度，界面热阻变化将更为明显。所述第一热极10与所述第二热极20保持紧密接触可以使热量尽可能多的在所述第一热极10与所述第二热极20之间传递。所述第一热极10与所述第二热极20可以设置在一密闭空间，优选真空中，以减少外界气流的干扰。本实施例中，所述第一热极10为铜片，长与宽均约为15mm，厚度在0.1mm至1mm之间，优选为0.2mm至0.6mm之间，本实施例中该铜片的厚度约为0.5mm。优选地，所述铜片形成热界面100的表面光滑，以使热界面100处能够紧密接触。本实施例中，所述第二热极20为碳纳米管纸(buckypaper)，长与宽均约为15mm，厚度在30μm至120μm之间，优选为35μm至75μm之间，本实施例中该碳纳米管纸的厚度约为52μm。所述碳纳米管纸的密度在0.3g/cm3至1.4g/cm3之间，优选为0.8g/cm3至1.4g/cm3之间，本实施例中该碳纳米管纸的密度在1.2g/cm3至1.3g/cm3之间。所述第一热极10与所述第二热极20层叠设置形成一热界面100。所述层叠设置可以是所述第一热极10与所述第二热极20完全重合，也可以是所述第一热极10与所述第二热极20部分重合。图3给出了两种所述第一热极10与所述第二热极20部分重合的示例。所述碳纳米管纸包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管中相邻的两个碳纳米管之间通过范德华力首尾相连，且该多个碳纳米管沿同一方向择优取向排列。本实施例中所述碳纳米管纸的制备方法为：S101，提供一超顺排碳纳米管阵列；S102，从所述超顺排碳纳米管阵列中选取多个碳纳米管，对该多个碳纳米管施加一拉力，从而形成一碳纳米管膜；以及S103，将多个所述碳纳米管膜层叠设置，挤压层叠设置的多个碳纳米管膜。步骤S101中，所述碳纳米管优选为多壁碳纳米管，直径在10nm至20nm之间。步骤S102中，所述碳纳米管膜为从一超顺排碳纳米管阵列中拉取获得，该碳纳米管膜包括多个首尾相连且沿拉伸方向择优取向排列的碳纳米管。所述碳纳米管均匀分布，且平行于碳纳米管膜表面。所述碳纳米管膜中的碳纳米管之间通过范德华力连接。一方面，首尾相连的碳纳米管之间通过范德华力连接，另一方面，平行的碳纳米管之间部分亦通过范德华力结合。请参阅图4，所述碳纳米管膜进一步包括多个首尾相连的碳纳米管片段122，每个碳纳米管片段122由多个相互平行的碳纳米管124构成，碳纳米管片段122两端通过范德华力相互连接。该碳纳米管片段122具有任意的长度、厚度、均匀性及形状。所述碳纳米管可以为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管中的一种或者多种。步骤S103中，将多个所述碳纳米管膜层叠设置，所述碳纳米管的层数在800层至1500层之间，优选为900层至1200层，本实施例中层数约为1000层。步骤S12中，所述热界面100处的电场强度可以通过多种方法进行改变，例如，可以通过在所述热界面100处施加一外部调控电场E改变所述热界面100处的电场强度，或者可以通过对所述第一热极10与所述第二热极20施加一偏置电压U12改变所述热界面100处的电场强度。方法一)在所述热界面100处施加外部调控电场E请参见图2，定义垂直于所述热界面100且由所述第一热极10指向所述第二热极20的方向为第一方向，定义垂直于所述热界面100且由所述第二热极20指向所述第一热极10的方向为第二方向。在所述热界面100处施加外部调控电场E，通过改变该外部调控电场E的方向和/或强弱调节所述热界面100处的电场。例如，可以通过在一定范围内增加所述外部调控电场E在第一方向的大小(减小所述外部调控电场E在第二方向的大小)提高所述热界面100处的热阻，或者通过在一定范围内减小所述外部调控电场E在第一方向的大小(增加所述外部调控电场E在第二方向的大小)降低所述热界面100处的热阻。方法二)在所述第一热极10与所述第二热极20施加偏置电压U12请一并参见图5与图6，所述第一热极10与所述第二热极20分别连接电压源的两个输出电极，通过改变所述第一热极10与所述第二热极20之间的偏置电压U12调节所述热界面100处的电场强度。所述偏置电压U12的范围可以选取在在-3V～3V之间，优选为-1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热三极管，其特征在于，包括：一第一热极与一第二热极，所述第一热极由金属材料制成，所述第二热极由导电非金属材料制成，所述第一热极与所述第二热极紧密接触形成一热界面；一热阻调节单元，用于改变所述热界面处的电场，所述热阻调节单元包括一电压提供装置，分别与所述第一热极、所述第二热极电连接，在所述第一热极、所述第二热极之间提供一偏置电压。

【技术特征摘要】
1.一种热三极管，其特征在于，包括：一第一热极与一第二热极，所述第一热极由金属材料制成，所述第二热极由导电非金属材料制成，所述第一热极与所述第二热极紧密接触形成一热界面；一热阻调节单元，用于改变所述热界面处的电场，所述热阻调节单元包括一电压提供装置，分别与所述第一热极、所述第二热极电连接，在所述第一热极、所述第二热极之间提供一偏置电压。2.如权利要求1所述的热三极管，其特征在于，所述热阻调节单元，进一步包括一控制模块与所述电压提供装置电连接，所述控制模块中存储有偏置电压与界面热阻的对应关系，所述控制模块根据该对应关系获得目标界面热阻所需的偏置电压，并控制所述电压提供装置输出相应数值的偏置电压。3.如权利要求1所述的热三极管，其特征在于，所述热三极管进一步包括一外壳，所述第一热极与所述第二热极设置在该外壳形成的密闭空间内。4.如权利要求1所述的热三极管，其特征在于，所述金属材料包括金属单质或合金。5.如权利要求4所述的热三极管，其特征在于，所述金属单质包括铜、铝、铁、...

【专利技术属性】
技术研发人员：段正，刘长洪，范守善，
申请(专利权)人：清华大学，鸿富锦精密工业深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11