Pretvarjanje toplotne energije v uporaben vir električne energije
ScienceDaily
2017_258_7
Nova elektronska komponenta, ki jo razvija fizik Yu Gu iz univerze Washington State University, bi lahko nekega dne toploto, ki jo proizvajajo elektronske naprave, pretvarjala v uporaben vir električne energije.
Omenjena komponenta vsebuje večkomponentni in večplastni kompozitni material, imenuje pa se Van der Waalsova Schottky dioda, ki prevaja toploto v elektriko do trikrat bolj učinkovito od silicija, ki se sicer večinoma uporablja v industriji polprevodniških komponent. Čeprav se še vedno nahaja v začetni fazi razvoja, bi nam nekega dne lahko taka dioda nudila dodaten vir energije na celotnem spektru področij, od pametnih telefonov, do avtomobilov.
“Zmožnost pretvorbe termične energije v elektriko je pri naši diodi v primerjavi z doslej uporabljanimi materiali v elektroniki zelo velika,” pravi Gu, profesor oddelka za fiziko in astronomijo na WSU. “V prihodnosti bomo lahko eno plast diode pritrdili ob vroč avtomobilski izpuh, ali vročo komponento računalnika, drugo pa na površino sobne temperature, dioda pa bo razliko v teh dveh temperaturah pretvarjala v električno napetost, ki jo bomo potem lahko koristno uporabili.”
Gu je pred kratkim objavil članek o tej revolucionarni diodi v reviji “The Journal of Physical Chemistry Letters.” Do sedaj so se Shottky diode uporabljale zato, da so prevajale elektriko v eni smeri smer, podobno kot ventil uravnava tok vode skozi cev. Sestavljene so iz prevodne kovine, npr. aluminij, ki jo spojimo s polprevodniškim materialom, najpogosteje silicijem.
Namesto da bi spojili navaden prevodnik z navadnim polprevodnikom, je Gujeva dioda izdelana iz večplastnega mikroskopskega kristalnega indijevega selenida. S svojo ekipo študentov je Gu uspel prilagoditi po eno plast indijevega selenida, da se obnaša kot prevodnik, druge pa, da se obnašajo kot polprevodniki. To jim je uspelo s postopkom segrevanja indijevega selenida. Raziskovalci so potem uporabili novo vrsto konfokalnega mikroskopa (ki ga je razvilo startup podjetje Klar Scientific), za preučevanje električnih lastnosti novega materiala.
Za razliko od navadnih diod je Gujeva Shottky dioda brez nečistoč in nepravilnosti na spoju prevodnik-polprevodnik. Ta gladki spoj omogoča, da ta material prevaja skoraj s stoodstotno učinkovitostjo.
“Ko v procesu izdelave Shottkyjevih diod spojimo polprevodnik s kovino, na spoju obeh vedno nastanejo kakšne nepravilnosti, zaradi katerih je upornost na teh mestih povišana, prehod toka elektronov pa zato oviran. Gujeva diode je prva svoje vrste, saj na spojih takšnih nepravilnosti ne opazimo. To zmanjša upornost materiala in zvišuje energijsko učinkovitost” Pravi McCluskey, soavtor te študije.
Gu in njegovi sodelavci trenutno raziskujejo nove metode povečanja učinkovitosti kristalov indijevega selenida. Raziskujejo tudi nove načine proizvodnje materiala za masovno proizvodnjo takšnih komponent.
“Čeprav smo šele v začetnih fazah, predstavlja naše delo velik skok naprej na področju termoelektrike,” pravi Gu. “Nekje v prihodnosti bi ta nova elektronska komponenta lahko igrala pomembno vlogo v procesu prehajanja naše družbe v energetsko bolj učinkovito.”
