تبدیل حرارت به الکتریسیته با بهره بالا

می‌توان با استفاده از نانوسیم‌های سیلیکونی گرمایی را که در حال حاضر در طول فرایند تولید برق تولید می شود، کنترل کرد. این نانوسیم‌ها توسط روشی که به وسیله محققان آزمایشگاه ملی لورنس برکلی وزرات انرژی آمریکا و دانشگاه کالیفرنیای برکلی توسعه یافته است، تولید می شوند.

می‌توان با استفاده از نانوسیم‌های سیلیکونی گرمایی را که در حال حاضر در
طول فرایند تولید برق تولید می شود، کنترل کرد. این نانوسیم‌ها توسط روشی
که به وسیله محققان آزمایشگاه ملی لورنس برکلی وزرات انرژی آمریکا و
دانشگاه کالیفرنیای برکلی توسعه یافته است، تولید می شوند. کاربردهای
بالقوه بسیار وسیع این فناوری شامل استفاده از آن در خودروی پیل سوختی
وزارت انرژی با نام Freedom CAR و ژاکت‌هایی است که می‌توانند با استفاده
از گرمای بدن گوشی‌های تلفن همراه و سایر وسایل الکترونیکی را شارژ نمایند.

آرون ماجومدار مهندس مکانیک و دانشمند علم مواد و یکی از محققان این پروژه
می گوید: «این اولین نمایش از قابلیت ترموالکتریکی بالای سیلیکون است؛
سیلیکون یک نیمه‌هادی فراوان است که زیرساخت‌های چندمیلیارد دلاری مربوط به
آن از قبل وجود دارد».

پیدونگ یانگ شیمیدان و یکی دیگر از محققان اصلی این پروژه می گوید: «ما
نشان داده‌ایم که می‌توان در دمای اتاق بهبود بسیار زیادی در بهره انرژی
ترموالکتریکی نانوسیم‌های سیلیکونی ناهموار به دست آورد. این نانوسیم‌ها
توسط یک روش سنتزی الکتروشیمیایی در مقیاس ویفر فرآوری شده‌اند».

ماجومدار و یانگ دو تن از نویسندگان مقاله‌ای هستند که ۱۰ ژانویه ۲۰۰۸ در
مجله Nature منتشر شد. در این مقاله یک روش منحصر به فرد «حکاکی بدون
الکتریسیته» توصیف شده است که توسط آن می‌توان آرایه‌ای از نانوسیم‌های
سلیکونی را در یک محلول آبی روی یک ویفری که می‌تواند چندین اینچ مربع
مساحت داشته باشد، سنتز کرد. این روش شامل جابه‌جایی گالوانیکی سیلیکون با
استفاده از احیای یون‌های نقره روی سطح یک ویفر می‌باشد. بر خلاف سایر روش‌های
سنتزی که منجر به تولید نانوسیم‌هایی با سطح صاف می‌شوند، در این روش سنتزی
آرایه‌های از نانوسیم‌های سلیکونی عمود بر سطح تولید می‌شوند که سطحی
ناهموار دارند. باور بر این است که این سطح ناهموار نقشی کلیدی در کارآیی
ترموالکتریکی بالای نانوسیم‌های سیلیکونی دارد.

ماجومدار می گوید: «قطعاً ناهمواری‌های روی سطح نانوسیم‌های سیلیکونی نقشی
اساسی در کاهش رسانایی گرمایی این نانوسیم‌ها ایفا می‌کنند، اما ما هنوز به
صورت کامل فیزیک قضیه را درک نمی‌کنیم. با وجودی که ما نمی‌توانیم بگوییم
این روش چگونه کار می‌کند، می‌توانیم بگوییم که کار می‌کند».

تقریباً تمام نیروی برق دنیا (حدود ۱۰ میلیارد وات) توسط موتورهای گرمایی
تولید می‌شوند؛ این موتورها توربین‌های بسیار بزرگ گاز یا بخار هستند که می‌توانند
گرما را به انرژی مکانیکی و سپس به الکتریسیته تبدیل کنند. با این حال
بسیاری از این گرما (حدود ۱۵ میلیارد وات) به الکتریسیته تبدیل نشده و به
صورت حرارت در محیط اطراف منتشر می‌شود. حتی اگر بتوان مقادیر بسیار کمی از
این حرارت را به الکتریسیته تبدیل کرد، تأثیر آن روی وضعیت انرژی بسیار
زیاد خواهد بود.