Genbrug af spildenergi med 2-D elektrongas

Mere end 60 procent af den energi, der produceres af fossile brændstoffer, går tabt som varme. Termoelektrisk energiomdannelse har tiltrukket sig stor opmærksomhed som en måde at konvertere spildvarme fra kraftværker, fabrikker og biler til elektricitet. Imidlertid, nuværende tilgængelige teknologier skal forbedres for at blive levedygtige i industriel skala.

Forskere ved Hokkaido Universitet i Japan har foreslået brugen af ​​højmobilitetselektroner genereret ved en halvledergrænseflade kaldet 2-D elektrongas (2DEG), som kan forbedre termoelektriske materialers evne til at omdanne varmeenergi til elektricitet.

Forskerne lavede en transistor på 2DEG ved grænsefladen mellem to halvledende materialer, aluminium galliumnitrid og galliumnitrid. Når et elektrisk felt blev påført, koncentrationer af 2DEG kunne moduleres uden at reducere dens høje mobilitet. 2DEG's "effektfaktor, "som er et mål for dens elektriske effekt, er to til seks gange højere end de fleste avancerede termoelektriske materialer.

Effektiv termoelektrisk energiomdannelse kræver materialer med høj elektrisk ledningsevne, lav varmeledningsevne, og en stor termokraft, som er højspænding produceret som reaktion på forskellen i temperaturer over materialet.

Nuværende nanostruktureringsteknikker har formået at reducere den termiske ledningsevne af disse materialer betydeligt, dermed forbedre deres præstationer. En høj effektfaktor er også nødvendig for effektiv elproduktion, men at forbedre det har været begrænset, fordi det nødvendiggør samtidig at øge et materiales termokraft og dets elektriske ledningsevne, hvilket er svært. Den elektriske ledningsevne er forblevet lav på grund af ioniserede urenheder i materialet, der undertrykker elektronernes mobilitet.

Anvendelse af et elektrisk felt på transistoren fremstillet af Hokkaido-universitetets forskere gør det muligt at modulere både materialets termokraft og dets elektriske ledningsevne uden at undertrykke dets høje mobilitet.

"Selvom enheden ikke kan bruges som en termoelektrisk generator, fordi den er for tynd, 2-D elektrongas-tilgangen bør åbne muligheder for yderligere at forbedre ydeevnen af ​​avancerede termoelektriske materialer, " siger Hiromichi Ohta, hovedforfatteren af ​​undersøgelsen offentliggjort i tidsskriftet Avanceret Videnskab .