Videnskab
 science >> Videnskab >  >> nanoteknologi

En kvantepunktenergihøster:Forvandling af spildvarme til elektricitet på nanoskala

En række af nanoenergihøstere i, hvad forskerne kalder et "schweizerost"-arrangement.

En ny type motor i nanoskala er blevet foreslået, der vil bruge kvanteprikker til at generere elektricitet fra spildvarme, potentielt gøre mikrokredsløb mere effektive.

"Systemet er virkelig simpelt, som udnytter visse egenskaber ved kvanteprikker til at høste varme, " sagde professor Andrew Jordan fra University of Rochester. "På trods af denne enkelhed, den strøm, den kunne generere, er stadig større end nogen anden nanomotor, der er blevet overvejet indtil nu." Motorerne ville være mikroskopiske i størrelse, og har ingen bevægelige dele. Hver af dem ville kun producere en lille mængde strøm - en milliontedel eller mindre af, hvad en pære bruger. Men ved at kombinere millioner af motorerne i en lagdelt struktur, Jordan siger, at en enhed, der var en kvadrattomme i areal, kunne producere omkring en watt strøm for hver en grads forskel i temperatur. Nok af dem kunne gøre en bemærkelsesværdig forskel i energiforbruget på en computer.

Et papir, der beskriver det nye arbejde, udgives i Fysisk gennemgang B af Jordan, en teoretisk fysikprofessor, og hans samarbejdspartnere, Björn Sothmann og Markus Buttiker fra universitetet i Genève, og Rafael Sánchez fra Material Science Institute i Madrid. Jordan forklarede, at hver af de foreslåede nanomotorer er baseret på to tilstødende kvanteprikker, med strøm gennem den ene og derefter den anden. Kvanteprikker er fremstillede systemer, der på grund af deres lille størrelse fungerer som kvantemekaniske objekter, eller kunstige atomer.

Den vej, elektronerne skal tage på tværs af begge kvanteprikker, kan justeres til at have en opadgående hældning. For at komme op ad denne (elektriske) bakke, elektroner har brug for energi. De tager energien fra midten af ​​regionen, som holdes varm, og brug denne energi til at komme ud på den anden side, højere op ad bakken. Dette fjerner varme fra det sted, hvor den genereres, og omdanner den til elektrisk strøm med høj effektivitet.

At gøre dette, systemet gør brug af en kvantemekanisk effekt kaldet resonant tunneling, hvilket betyder, at kvanteprikkerne fungerer som perfekte energifiltre. Når systemet er i resonant tunneltilstand, elektroner kan kun passere gennem kvanteprikkerne, når de har en bestemt energi, der kan justeres. Alle andre elektroner, der ikke har denne energi, er blokeret.

Kvanteprikker kan dyrkes på en selvsamlende måde ud af halvledermaterialer. Dette giver mulighed for en praktisk måde at producere mange af disse små motorer som en del af et større array, og i flere lag, som forfatterne omtaler som Swiss Cheese Sandwich-konfigurationen.

Hvor meget elektrisk strøm der produceres afhænger af temperaturforskellen over energihøsteren – jo højere temperaturforskellen er, jo højere effekt vil der blive genereret. Dette kræver god isolering mellem de varme og kolde områder, siger Jordan.


Varme artikler