ژنراتور نانوسیمی گرما را به الکتریسیته تبدیل می‌کند

ناوب سینق و همکارانش در موسسه میکروالکترونیک A*STAR و دانشگاه ملی سنگاپور با استفاده از آرایه‌های نانوسیم سیلیکونی، یک ژنراتور ترموالکتریک نانومقیاس ساخته‌اند. سیلیکون که با الکترونیک مرسوم سازگار است، بعنوان یک ژنراتور در شکل توده‌ای عملکرد ضعیفی دارد، اما در مقیاس نانو کارآمدی بسیار بیشتری دارد. با استفاده از این ژنراتور نانوسیمی می‌توان گرمای تولید شده در مدارهای الکتریکی را به الکتریسیته تبدیل کرد.

ناوب سینق و همکارانش در موسسه میکروالکترونیک A*STAR و دانشگاه ملی
سنگاپور با استفاده از آرایه‌های نانوسیم سیلیکونی، یک ژنراتور ترموالکتریک
نانومقیاس ساخته‌اند. سیلیکون که با الکترونیک مرسوم سازگار است، بعنوان یک
ژنراتور در شکل توده‌ای عملکرد ضعیفی دارد، اما در مقیاس نانو کارآمدی
بسیار بیشتری دارد. با استفاده از این ژنراتور نانوسیمی می‌توان گرمای
تولید شده در مدارهای الکتریکی را به الکتریسیته تبدیل کرد.

سینق توضیح می‌دهد: “نانوسیم‌های سیلیکونی در مقایسه با سیلیکون توده‌ای
خواص ترموالکتریک خیلی بهتری دارند، زیرا آنها ضریب هدایت گرمایی خیلی
بهتری دارند. همچنین اخیرا برای فرآوری سیلیکون، تجهیزات مدرنی قابل دسترسی
است. بنابراین اگر بتوان با استفاده از نانوسیم‌های سیلیکونی جمع‌آوری‌کننده‌های
انرژی و کولرهای ترموالکتریک ساخت، می‌توان افزاره‌هایی با راندمان بالا،
کم‌هزینه و مقیاس‌پذیر ساخت.”

 
این ژنراتور ترموالکتریک جدید برای جمع‌آوری گرما از نقاط داغ در مدارهای
الکترونیکی از پایه‌های نانوسیم سیلیکونی استفاده می‌کند.
در افزاره‌های الکترونیکی اغلب نقاط داغی ایجاد می‌شود که باعث کاهش کارایی آنها می‌شوند.
دانشمندان روی ابداع روش‌هایی برای سرد کردن این سیستم‌ها تمرکز کرده‌اند. آنها
همچنین تلاش می‌کنند که با بهره‌برداری از اثر ترموالکتریک که طبق آن گرادیان دما
منجر به القاء حرکت حامل‌های بار می‌شود، این گرمای اضافی را به الکتریسیته تبدیل
کنند. با اینحال، تلاش‌های قبلی برای ساختن ژنراتورهایی در مقیاس تراشه با شکست
مواجه شده‌اند، زیرا مواد استفاده شده با فناوری بکار رفته برای ساخت مدارهای مجتمع،
از قبیل نیمه‌رساناهای اکسید فلزی تکمیلی (CMOS)، سازگار نبودند.

این محققان با اتصال دو ورقه فلزی متفاوت بهمدیگر با استفاده پایه‌های عمودی ساخته
شده از خوشه‌های متناوبی از نانوسیم‌های سیلیکونی نوع n و نانوسیم‌های نوع p،
نانوژنراتور خود را ساختند. طبق گفته سینق، بزرگ‌ترین چالش، اتصال این نانوسیم‌ها
به ورقه‌های فلزی به طریقی بود که مقاوت نقطه تماس حداقل باشد و عملکرد ترموالکتریک
بهینه‌ای ارائه کند.

یک نانوژنراتور ترموالکتریک، همانند یک ژنراتور الکتریکی، می‌تواند برای خودتوان‌دهی
بخشی از یک مدار الکتریکی، استفاده شود. سینق پیشنهاد می‌کند: “بعلاوه، آنها را می‌توان
برای تولید توان و باتری‌های مکمل در اغلب سیستم‌های شار گرمایی شبیه اتومبیل،
لیزرهای نیمه‌رسانا و شناساگرهای نوری، استفاده کرد.” آنها همچنین می‌توانند یک
سیستم سرمایش کم‌هزینه و موثر برای حذف نقاط داغ ارائه کنند.

سینق باور دارد که نانوژنراتورهای ترموالکتریک را حتی می‌توان در علوم پزشکی برای
توان دادن به کاشت‌ها در بدن انسان استفاده کرد.

این محققان جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی IEEE Electron Device
Letters منتشر کرده‌اند.