گروهی از پژوهشگران کالج بوستون و موسسه فناوری ماساچوست (MIT) طرح فناورینانوی جدیدی را گزارش کرده‌اند که موجب تقویت ۳۰ تا ۴۰ درصدی عملکرد ترموالکتریکی توده یک نیمه‌هادی آلیاژی نسبت به مقدارهای گزارش شده قبلی برای آن، شده است.
بهبود خواص ترموالکتریکی با استفاده از فناوری نانو
|
گروهی از پژوهشگران کالج بوستون و موسسه فناوری ماساچوست (MIT) طرح فناوری نانوی جدیدی را گزارش کرده‌اند که موجب تقویت ۳۰ تا ۴۰ درصدی عملکرد ترموالکتریکی توده یک نیمه‌هادی آلیاژی نسبت به مقدارهای گزارش شده قبلی برای آن، شده است.
پژوهشگران کالج بوستون و موسسه فناوری ماساچوست طرح فناورینانوی جدیدی را مطرح نموده‌اند که افزایش ۳۰ تا ۴۰ درصدی را در عملکرد ترموالکتریکی نشان داده و موجب کاهش استفاده از عنصر گران‌قیمت ژرمانیوم می‌گردد.
آلیاژ مورد بررسی، سیلیکون ژرمانیوم است که عملکرد آن در کاربردهای ترموالکتریکی دما بالا نظیر ژنراتورهای رادیوایزوتوپی ترموالکتریک مورد استفاده در ماموریت‌های پروازی NASA مورد اندازه‌گیری قرار گرفته است. اما کاربردهای گسترده آن به دلیل کارآیی ترموالکتریکی کم و قیمت بالای ژرمانیم، محدود شده است.
این پژوهشگران با کمک فرآیندی که از صنایع نیمه‌هادی لایه نازک گرفته شده، طراحی جایگزینی برای شکل توده‌ای سیلیکون ژرمانیوم گزارش نموده‌اند که رسانایی الکتریکی را بیش از ۵۰% افزایش می‌دهد. این فرآیند که تحت عنوان راهبرد مدولاسیون- دوپ‌کردن سه بعدی شناخته می‌شود، جایگزینی برای افزاره‌های حالت جامد بوده و موجب کاهش ضریب رسانایی گرمایی در کنار افزایش رقم شایستگی (figure of merit) ترموالکتریکی تا حدود یک و سه دهم در ۹۰۰ درجه سلسیوس می‌شود.
بو یو از کالج بوستون می‌گوید: «بهبود رقم شایستگی ترموالکتریکی مواد بسیار چالش‌برانگیز است زیرا همه پارامترهای داخلی رابطه تنگاتنگی با یکدیگر دارند. وقتی شما یک فاکتور را تغییر می‌دهید سایر فاکتورها نیز تغییر می‌کنند و در نتیجه بهبود کلی حاصل نمی‌شود. در نتیجه دیدگاه غالب در این دسته از مطالعات به سمت سیستم‌های جدید مواد است. مطالعات ما نشان می‌دهد اگر بتوان به اندازه کافی هوشمندانه کار کرد و طراحی‌های جایگزینی برای مواد یافت، هنوز شانس‌هایی در مورد مواد موجود وجود خواهد داشت.»
ژیفن رِن استاد فیزیک کالج بوستون به این نکته اشاره دارد که بازدهی گزارش شده توسط این گروه با بازده جدیدترین مواد آلیاژی سیلیکون ژرمانیوم نوع n قابل رقابت است با این برتری که در طرح این گروه به ۳۰ درصد ژرمانیوم کمتری نیاز است. مقدار ژرمانیوم مصرفی به دلیل هزینه بالایش یک چالش است.
رن می‌گوید: «استفاده از ۳۰% ژرمانیوم کمتر مزیت قابل‌توجهی برای کاهش هزینه‌های ساخت است. ما تمام مواد مورد مطالعه را برای کمک به کاهش هزینه‌ها نیاز داریم. این یکی از اهداف ما برای تحقیقات روزانه‌مان است.»
این محققان جزئیات نتایج طرح تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Nano Letters منتشر کرده‌اند. |
