ห้องปฏิบัติการยูโซ ชิเกซาโตะ (ภาควิชาเคมีและวิทยาศาสตร์ชีวภาพ คณะวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ หลักสูตรการสร้างวัสดุเชิงฟังก์ชัน บัณฑิตวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์) ประสบความสำเร็จในการพัฒนา "สวิตช์ความร้อนแบบเรียงซ้อนฟิล์มบางแบบโซลิดสเตททั้งหมด" ซึ่งประกอบด้วยฟิล์มบางเชิงฟังก์ชันที่เป็นของแข็งทั้งหมด

อุปกรณ์นี้ใช้การเปลี่ยนสถานะจากโลหะเป็นสารกึ่งตัวนำ ทำให้สามารถควบคุมการส่งผ่านแสงในช่วงคลื่นที่มองเห็นได้ไปจนถึงใกล้อินฟราเรด การนำไฟฟ้า และการนำความร้อนได้พร้อมกัน สวิตช์ความร้อนเป็นองค์ประกอบที่ช่วยให้สามารถควบคุมการนำความร้อนแบบย้อนกลับได้ระหว่างการนำความร้อนต่ำ (ปิด) และการนำความร้อนสูง (เปิด) คาดว่าจะมีแอปพลิเคชันใน MEMS (แอคทูเอเตอร์ความร้อน) ไดโอดความร้อน การจัดการความร้อนในแบตเตอรี่และคอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูง และการปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานในวงกว้าง

ผลการวิจัยได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร "Journal of Applied Physics" ซึ่งจัดพิมพ์โดย AIP Publishing (American Institute of Physics)

■สมาชิกฝ่ายวิจัย
มาโกโตะ คาชิวากิ (อดีตผู้ช่วยศาสตราจารย์ ห้องปฏิบัติการชิเกซาโตะ ภาควิชาเคมีและวิทยาศาสตร์ชีวภาพ คณะวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ ปัจจุบันเป็นอาจารย์ประจำ สถาบันนวัตกรรมนาโนชีวภาพ มหาวิทยาลัยวาเซดะ)
ทัตสึฮิ นิชิมูระ (อดีต: นักศึกษาปริญญาโท สาขาการสร้างวัสดุเชิงฟังก์ชัน ภาควิชาวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ บัณฑิตวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ สังกัดห้องปฏิบัติการชิเกซาโตะ)
ยูกิ โอกุจิ (ผู้ช่วย ศูนย์วิเคราะห์เครื่องมือ คณะวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์)
ยูโซ ชิเกซาโตะ (ศาสตราจารย์ ภาควิชาเคมีและวิทยาศาสตร์ชีวภาพ คณะวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์; หลักสูตรการสร้างวัสดุเชิงฟังก์ชัน ภาควิชาวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ บัณฑิตวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์)

[ชื่อบทความ]
การสร้างอุปกรณ์สวิตช์ความร้อนแบบฟิล์มบางโซลิดสเตทโดยใช้ฟิล์มบาง Y-Mg เป็นชั้นสวิตช์ความร้อน
【ผู้เขียน】
เอ็ม. คาชิวากิ, อาร์. นิชิมูระ, วาย. โอกุจิ และ วาย. ชิเกซาโตะ
[วารสารที่ตีพิมพ์บทความนี้]
J. Appl. Phys. 139, 115104 (2026); doi: 10.1063/5.0304709

• บทความวิจัยเรื่อง “การประดิษฐ์อุปกรณ์สวิตช์ความร้อนแบบฟิล์มบางโซลิดสเตทโดยใช้ฟิล์มบาง Y-Mg เป็นชั้นสวิตช์ความร้อน”

ภาพรวมการวิจัย

ในธาตุหายากบางชนิดหรือโลหะผสมของโลหะทรานซิชันและแมกนีเซียม มีวัสดุที่เกิดการเปลี่ยนแปลงเฟสระหว่างโลหะและสารกึ่งตัวนำผ่านปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชัน/ดีไฮโดรจิเนชัน เมื่อมีฟิล์มแพลเลเดียมบางเฉียบ 5-10 นาโนเมตรอยู่บนพื้นผิวด้านบนเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา วัสดุเหล่านี้เรียกว่าวัสดุสะท้อนแสงแบบโฟโตโครมิก ปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชัน/ดีไฮโดรจิเนชันแบบย้อนกลับได้สามารถดำเนินการได้สองวิธี: (1) วิธีแก๊สโครมิก ซึ่งเกี่ยวข้องกับการสัมผัสกับก๊าซไนโตรเจนที่มีไฮโดรเจน 3% ที่ความดัน 1 บรรยากาศ (ความเข้มข้นของไฮโดรเจนที่ปลอดภัยต่ำกว่าขีดจำกัดการระเบิด) และ (2) วิธีอิเล็กโทรโครมิก ซึ่งเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชัน/ดีไฮโดรจิเนชันโดยการฉีด H⁺ ทางไฟฟ้าเคมีในอิเล็กโทรไลต์

ห้องปฏิบัติการชิเกซาโตะได้ใช้การสปัตเตอร์เพื่อเคลือบฟิล์มจากวัสดุหลากหลายชนิดซ้ำแล้วซ้ำเล่า โดยสำรวจวัสดุที่เหมาะสมที่สุดและสภาวะการสังเคราะห์ฟิล์มบางสำหรับปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันแบบย้อนกลับได้โดยใช้วิธีการทั้งสองนี้ (1) และ (2) จากความรู้ดังกล่าว พวกเขาได้ประดิษฐ์สวิตช์ความร้อนแบบฟิล์มบางแบบโซลิดสเตททั้งหมดที่มีเจ็ดชั้นสำเร็จ ได้แก่ ฟิล์มนำไฟฟ้าโปร่งใส (ITO) ฟิล์มกระจกสะท้อนแสงแบบหรี่แสงได้ (Y-Mg) ชั้นตัวเร่งปฏิกิริยา (Pd) ฟิล์มกั้นกระแสรั่วไหล (thin-WO₃) ฟิล์มนำไฟฟ้าไอออน (Ta₂O₅) ฟิล์มเก็บไอออน (HxWO₃) และฟิล์มนำไฟฟ้าโปร่งใส (ITO) ฟิล์มบางอนินทรีย์แต่ละชนิดที่มีคุณสมบัติทางกายภาพแตกต่างกันนั้นถูกผลิตขึ้นโดยใช้อุปกรณ์สปัตเตอร์ที่แตกต่างกันภายในห้องปฏิบัติการ