Ingeniører udvikler chip, der omdanner spildvarme til brugbar energi

Det anslås, at så meget som to tredjedele af den energi, der forbruges i USA hvert år, går til spilde som varme. Tag f.eks. bilmotorer, bærbare computere, mobiltelefoner, selv køleskabe, der varmes op ved overforbrug.

Forestil dig, hvis du kunne fange den varme, de genererer, og omdanne den til mere energi.

University of Utah maskinteknik lektor Mathieu Francoeur har opdaget en måde at producere mere elektricitet fra varme end antaget muligt ved at skabe en siliciumchip, også kendt som en "enhed, ", der konverterer mere termisk stråling til elektricitet. Hans resultater blev offentliggjort i avisen, En strålingsvarmeoverførselsenhed i nærheden af ​​felten, i det nyeste nummer af Natur nanoteknologi .

Forskere har tidligere fastslået, at der er en teoretisk "blackbody-grænse" for, hvor meget energi der kan produceres fra termisk stråling (varme). Men Francoeur og hans team har demonstreret, at de kan gå langt ud over blackbody-grænsen og producere mere energi, hvis de skaber en enhed, der bruger to siliciumoverflader meget tæt på hinanden. Holdet producerede en 5 mm x 5 mm chip (omtrent på størrelse med et viskelæderhoved) af to siliciumwafers med et nanoskopisk mellemrum mellem dem kun 100 nanometer tykt, eller en tusindedel af tykkelsen af ​​et menneskehår. Mens chippen var i et vakuum, de opvarmede en overflade og afkølede en anden overflade, som skabte en varmestrøm, der kan generere elektricitet. Konceptet med at skabe energi på denne måde er ikke unikt, men Francoeur og hans team har opdaget en måde at passe de to siliciumoverflader ensartet tæt sammen i en mikroskopisk skala uden at røre hinanden. Jo tættere de er på hinanden, jo mere strøm kan de generere.

"Ingen kan udsende mere stråling end sortlegemegrænsen, " sagde han. "Men når vi går til nanoskalaen, du kan."

I fremtiden, Francoeur forestiller sig, at en sådan teknologi kan bruges til ikke kun at køle bærbare enheder som bærbare computere og smartphones ned, men også til at kanalisere denne varme til mere batterilevetid, muligvis så meget som 50 % mere. En bærbar computer med seks timers opladning kan springe til ni timer, for eksempel.

Chipsene kunne bruges til at forbedre effektiviteten af ​​solpaneler ved at øge mængden af ​​elektricitet fra solens varme eller i biler til at tage varmen fra motoren for at hjælpe med at drive de elektriske systemer. De kunne også være designet til at passe i implanterbart medicinsk udstyr såsom en pacemaker, der ikke kræver udskiftelige batterier.

En anden fordel er, at sådan teknologi kan hjælpe med at forbedre levetiden for computerprocessorer ved at holde dem kølige og reducere slitage, og det vil spare mere energi, der ellers bruges til fans til at afkøle processorerne. Det kan også hjælpe med at forbedre miljøet, argumenterede Francoeur.

"Du sætter varmen tilbage i systemet som elektricitet, sagde han. Lige nu, vi smider det bare ud i atmosfæren. Det varmer dit værelse op, for eksempel, og så bruger du din AC til at køle dit værelse, hvilket spilder mere energi."