Højeffekt termoelektrisk generator udnytter en termisk forskel på kun 5C

Et team af japanske forskere fra Waseda University, Osaka Universitet, og Shizuoka University designet og udviklede med succes en højeffekt, silicium-nanowire termoelektrisk generator, som, ved en termisk forskel på kun 5 grader C, kunne drive forskellige IoT-enheder autonomt i den nærmeste fremtid.

Objekter i vores daglige liv, såsom højttalere, køleskabe, og endda biler, bliver "klogere" dag for dag, når de opretter forbindelse til internettet og udveksler data, skabe tingenes internet (IoT), et netværk blandt selve objekterne. Mod et IoT-baseret samfund, en miniaturiseret termoelektrisk generator forventes at oplade disse genstande, især for dem, der er bærbare og bærbare.

På grund af fordele såsom dens relativt lave termiske ledningsevne, men høje elektriske ledningsevne, silicium nanotråde er dukket op som et lovende termoelektrisk materiale. Siliciumbaserede termoelektriske generatorer, der konventionelt anvendes længe, silicium nanotråde på omkring 10-100 nanometer, som blev ophængt i et hulrum for at afskære varmestrømmens bypass og sikre temperaturforskellen over siliciumnanotrådene. Imidlertid, hulrummets struktur svækkede den mekaniske styrke af enhederne og øgede fremstillingsomkostningerne.

For at løse disse problemer, et team af japanske forskere fra Waseda University, Osaka Universitet, og Shizuoka University designet og med succes udviklet en ny silicium-nanowire termoelektrisk generator, som eksperimentelt viste en høj effekttæthed på 12 mikrowatt pr. 1 cm ² , nok til at drive sensorer eller realisere intermitterende trådløs kommunikation, ved en lille termisk forskel på kun .

"Fordi vores generator bruger den samme teknologi til at fremstille integrerede halvlederkredsløb, dets forarbejdningsomkostninger kunne i vid udstrækning skæres gennem masseproduktion, " siger professor Takanobu Watanabe fra Waseda University, den førende forsker i denne undersøgelse. "Også, det kunne åbne en vej til forskellige, autonomt drevne IoT-enheder, der bruger miljø- og kropsvarme. For eksempel, det kan være muligt at oplade dit smartwatch under din morgenjog en dag."

Den nyudviklede termoelektriske generator mistede hulrumsstrukturen, men forkortede i stedet siliciumnanotrådene til 0,25 nanometer, siden simuleringer viste, at den termoelektriske ydeevne blev forbedret ved at minimere enheden. Professor Watanabe forklarer, at på trods af sin nye struktur, den nye termoelektriske generator demonstrerede samme effekttæthed som de konventionelle enheder. Mere overraskende, termisk modstand blev undertrykt, og effekttætheden ganget med ti gange ved at fortynde generatorens siliciumsubstrat fra de konventionelle 750 nanometer til 50 nanometer med bagsideslibning.

Selvom forskerholdet bliver nødt til at forbedre kvaliteten af ​​generatoren til stationær elproduktion under forskellige forhold, Professor Watanabe håber, at resultaterne opnået i denne undersøgelse vil tjene til at understøtte strømteknologi i det IoT-baserede samfund.