Ny enhed kan gøre varmeenergi til en levedygtig brændstofkilde

En ny enhed, der blev udviklet af fysikeren Yi Gu fra Washington State University, kunne en dag forvandle varmen fra en bred vifte af elektronik til en brugbar brændstofkilde.

Enheden er en multikomponent, flerlags kompositmateriale kaldet en van der Waals Schottky -diode. Det omdanner varme til elektricitet op til tre gange mere effektivt end silicium - et halvledermateriale, der er meget udbredt i elektronikindustrien. Mens den stadig er i et tidligt udviklingsstadium, den nye diode kan i sidste ende give en ekstra strømkilde til alt fra smartphones til biler.

"Vores diodes evne til at omdanne varme til elektricitet er meget stor i forhold til andre bulkmaterialer, der i øjeblikket bruges i elektronik, "sagde Gu, en lektor i WSU's Institut for Fysik og Astronomi. "I fremtiden, et lag kunne fastgøres til noget varmt som en biludstødning eller en computermotor og et andet til en overflade ved stuetemperatur. Dioden ville derefter bruge varmeforskellen mellem de to overflader til at skabe en elektrisk strøm, der kunne lagres i et batteri og bruges, når det er nødvendigt. "

Gu offentliggjorde for nylig et papir om Schottky -dioden i Journal of Physical Chemistry Letters .

En ny slags diode

I elektronikens verden, Schottky -dioder bruges til at lede elektricitet i en bestemt retning, ligner, hvordan en ventil i en vandledning leder strømmen af ​​væske, der går gennem den. De fremstilles ved at fastgøre et ledermetal som aluminium til et halvledermateriale som silicium.

I stedet for at kombinere et almindeligt metal som aluminium eller kobber med et konventionelt halvledermateriale som silicium, Gu's diode er lavet af et flerlags mikroskopisk, krystallinsk indiumselenid. Han og et team af kandidatstuderende brugte en simpel opvarmningsproces til at ændre et lag af Indium Selenide til at fungere som et metal og et andet lag til at fungere som en halvleder. Forskerne brugte derefter en ny slags konfokalmikroskop udviklet af Klar Scientific, et opstartsfirma, der delvis blev grundlagt af WSU-fysikeren Matthew McCluskey, at studere deres materialers elektroniske egenskaber.

I modsætning til de konventionelle modparter, Gu's diode har ingen urenheder eller defekter ved grænsefladen, hvor metallet og halvledermaterialerne er forbundet sammen. Den glatte forbindelse mellem metal og halvleder gør det muligt for elektricitet at rejse gennem flerlags -enheden med næsten 100 procent effektivitet.

"Når du fastgør et metal til et halvledermateriale som silicium for at danne en Schottky -diode, der er altid nogle fejl, der dannes ved grænsefladen, "sagde McCluskey, medforfatter af undersøgelsen. "Disse ufuldkommenheder fanger elektroner, hæmmer strømmen af ​​elektricitet. Gu's diode er unik ved, at dens overflade ikke ser ud til at have nogen af ​​disse defekter. Dette sænker modstanden mod strømmen af ​​elektricitet, gør enheden meget mere energieffektiv. "

Næste skridt

Gu og hans samarbejdspartnere undersøger i øjeblikket nye metoder til at øge effektiviteten af ​​deres Indium Selenide -krystaller. De undersøger også måder at syntetisere større mængder af materialet, så det kan udvikles til nyttige enheder.

"Mens vi stadig er i de indledende faser, vores arbejde repræsenterer et stort spring fremad inden for termoelektrisk, "Gu sagde." Det kan spille en vigtig rolle i realiseringen af ​​et mere energieffektivt samfund i fremtiden. "