Физики продемонстрировали способность кремния собирать энергию
Специалисты из Техасского университета Далласа объединились с Texas Instruments Inc. для улучшения дизайна электроники, преобразующей отходящее тепло в многоразовую энергию.
Проект показал, что способность кремния собирать энергию тепла можно значительно усилить, сохраняя пригодность для массового производства, сообщает eurekalert.org. Результаты исследования опубликованы в Nature Electronics. Они могут повлиять на то, как микросхемы охлаждают электронику, предоставляя источник энергии для датчиков из сферы «Интернета вещей».
«Сенсоры повсюду, — сказал профессор Марк Ли, ответственный автор. – Они не могут быть постоянно подключены и должны потреблять мало энергии. Без надежного источника света, фотоэлектронике требуется батарея, которую не придется менять».
Исследователи решили использовать термоэлектрический генератор.
«Отходящее тепло повсюду, — объяснил Ли. – Обычно оно рассеивается. При наличии стабильной разницы температур, даже небольшой, можно превратить часть тепла в электричество».
Пример такой системы – датчики, вмонтированные под транспортной развязкой. Тепло трения шин и солнечного света собирается устройствам из-за меньшей температуры. Их не приходится выкапывать для замены батареи.
Основное препятствие для распространения термоэлектрических структур – эффективность и стоимость. Лучшие материалы для сбора энергии – редкие или токсичные. Их сложно совместить с полупроводниковыми технологиями, объяснил Ли.
Вместо экзотических материалов команда использовала кремний. Из него изготовили «нанолезвия», толщиной 80 нм и шириной около 640 нм. В отличие от нанопроводов, структура совместима с процессами производства микрочипов.
Хэл Эдвардс из Texas Instruments, руководил созданием прототипа. Он обратился к Ли для изучения функций устройства. Ученые определили ключевые параметры, по которым кремниевая система может конкурировать с более экзотическими компонентами полупроводников. Термоэлектрические показатели нанолезий ухудшаются, в сравнении с проводами. Но большое количество элементов генерирует столько же энергии, сколько экзотические материалы, при аналогичной разнице температур.
«Термоэлектрическая способность может упасть на 40%. Это компенсируется удешевлением генерирования энергии, — сказал Ли. – Себестоимость снижается в 100 раз».
Прошлые попытки использования кремния не давали результата из-за большого количества материала. Докторант Ганги Ху разработал компьютерную модель, определяющую оптимальное количество нанолезвий, обеспечивающее максимальное генерирование энергии без снижения перепада температур.
