许多工程师自然而然地专注于从他们的组件、电路板和系统中散热。然而，在某些情况下，动态管理热流路径、改变热流路径、引导热流路径并保持所需的设定点温度是可取的，甚至是必要的。
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这就是需要热敏开关的地方。此功能的应用包括热快门、高级显示器、红外热传递调节和增强的废热回收。
[请注意，此热敏开关不是热控制电气开关，当达到温度阈值或跳变点时，它会翻转其电流开关状态相反，它是一个电控开关，可以阻止或允许热能流动。简而言之：这些热敏开关打开和关闭热流。正如技术中经常发生的那样，我们对不同或互补的功能使用相同的名称。
“转换”到 CeO2 薄膜
日本北海道大学电子科学研究所的一个研究小组设计了一种使用氧化铈 （CeO2） 薄膜作为活性材料来实现热开关的新方法。它为现有材料提供了一种高效且可持续的替代品，其性能超过了以前的基准。
出于各种材料科学原因，他们专注于 CeO2 作为热开关活性材料的电化学还原/氧化。例如，CeO2 是一种丰富的材料，广泛用于抛光粉、催化剂和防晒霜等实际应用。
其固态电化学热开关的结构在 0.5 mm 厚的钇稳定氧化锆 （YSZ） 衬底上具有 103 nm 厚的 CeO2 外延膜，夹在铂 （Pt） 薄膜之间。（如果您不熟悉 YSZ，它是一种廉价且广泛使用的氧化物晶体衬底，用于薄膜的外延生长。电化学还原/氧化处理在 280°C 的空气中进行。
当向顶部 Pt 电极施加负/正电压时，CeO
2 层会发生电化学还原/氧化。顶部的 Pt 电极也用作热导率测量的传感器（图 1）。
图1. 基于 CeO2 的固态电化学热开关的器件结构示意图表明，当对顶部 Pt 电极施加负/正电压时，会导致 CeO2 层发生电化学还原/氧化。顶部 Pt 电极也用作热导率测量的传感器。
将他们的 5 × 5 mm 器件放在 280°C 的加热器上，并在顶部 Pt 电极注入驱动 ±10 μA 恒定电流的负/正电压
（图 2）。这些处理是通过施加 1 × 1021/cm3 的电子密度 （Q） 进行的。
图2. 这张照片显示了在 280°C 空气中工作的基于 CeO2 的热敏开关。该器件的表面积为 ~25 mm2，并施加 ±10 μA 的恒定电流进行氧化（还原）。开关测量和结果
测量这些陶瓷器件的热和相关行为需要一系列先进的仪器，特别是当他们想要评估宏观热性能和微观晶体行为时。他们的测试包括使用高角度环形暗场 （HAADF） 扫描透射电子显微镜 （STEM） 观察来研究设备的面内和面外 X 射线衍射 （XRD） 图谱，以及使用时域热反射 （TDTR） 的热流。
他们的器件实现了 5.8 的开/关导热比和 10.3 W/米开尔文 （W/m·K） 的导热系数 （
κ） 切换宽度。最小状态（关态）下的热导率为 2.2 W/m·K，但在氧化态（导通状态）下，热导率显著上升至 12.5 W/m·K（图 3）。
图3. 还原型 CeO2 基热敏开关的热稳定性是一个重要因素。（A） 还原的基于 CeO2 的热开关在 150°C 空气中保持时面外 XRD 图谱的变化。还原后（Q = -1.5 × 1022cm-3,0 小时），002 CeO2-δ （δ ~ 0.24， b） 与 002 CeO2 （a） 一起出现衍射峰。b 的峰值位置向较高的 qz/2π 侧移动，峰值 b 随着时间的推移而变弱。另一方面，峰值 a 随着时间的推移而变得更强。190 小时后，峰值 b 消失。（c） CeO2 （a） 和 CeO2−δ （b） 的晶格参数 c 随时间的变化。b 相的参数 c 随着时间的推移逐渐减小，而 a 相的参数 c 几乎保持不变。（B） XRD 峰强度比 [Ib/（Ia + Ib）]，它反映了 b 相的体积分数。还显示了在 100°C 空气中的结果。在 150°C 时，强度比开始时为 ~0.8，然后随时间几乎线性下降，190 小时后达到零。相比之下，强度比在 100°C 时几乎是恒定的。
其他测试研究了开关速度和弛豫时间，以及许多循环的性能。研究人员对循环结果感到特别自豪，因为性能指标在 100 次还原和氧化循环后保持一致，他们表示，这证明了卓越的耐用性和可靠性，可在实际应用中延长使用。
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