اقتصاد دانش بنیان

مبدل کارآمد گرما به برق

يي گو، فيزيکدان دانشگاه ايالتي واشنگتن، وسيلهاي جديد طراحي کرده که در آينده ميتواند گرماي توليدشده به وسيله دستگاه هاي مختلف الکترونيکي را به يک منبع سوختي قابل استفاده تبديل کند.اين دستگاه از ماده کامپوزيت چندلايهاي ساخته شده که ديود ون در والز شاتکي (van der Waals Schottky) ناميده ميشود. سيليکون مادهاي نيمه هادي است که پيش از اين در صنايع الکترونيک مورد استفاده قرار ميگرفت، ولي اين ديود جديد قادر است گرما را تا سه برابر بيشتر از سيليکون به الکتريسيته تبديل کند. اگرچه اين ديود هنوز در مراحل اوليه توليد است، ولي ممکن است در آينده نزديک در بسياري وسايل الکترونيکي مانند گوشيهاي موبايل و خودروها به عنوان منبعي براي توليد انرژي برق مورد استفاده قرار گيرد.

دکتر يي گو، استاد گروه فيزيک و اخترشناسي در دانشگاه ايالتي واشنگتن، در اينباره ميگويد: «توانايي اين ديود براي تبديل گرما به انرژي الکتريسيته بسيار بيشتر از ساير موادي است که هماکنون در وسايل الکترونيکي به کار ميروند. روش کار اين ديود به اين صورت است که ورقه از آن به قسمت داغ وسيله مورد نظر (مانند اگزوز خودرو) متصل و يک ورقه نيز روي سطح ديگري که دماي عادي دارد نصب ميشود. سپس اين ديود با استفاده از اختلاف دماي بين دو سطح، يک جريان الکتريسيته توليد ميکند که قابليت ذخيرهشدن و استفاده در هنگام نياز را دارد.»او همچنين اخيرا در مجله نامه هاي شيمي فيزيکي (The Journal of Physical Chemistry Letters) مقالهاي در خصوص ديود شاتکي يا ديود حامل داغ منتشر کرده است.

نوع جديدي از ديودها

در دنياي الکترونيک از ديودهاي شاتکي براي هدايت جريان الکتريسيته در مسيري مشخص استفاده ميشود، مانند شير فلکهاي که در يک منبع آب جريان آب آن را هدايت ميکند. اين ديودها با الصاق يک فلز هادي مانند آلومينيوم به يک ماده نيمه هادي مانند سيليکون توليد ميشوند.اما اين ديودهاي جديد به جاي ترکيب فلزهاي متداول مانند آلومينيوم يا مس با نيمه هاديهاي مرسومي مانند سيليکون، از چندين لايه ميکروسکوپي و کريستالي سلنيد اينديوم ساخته شده است. يي گو و گروه همکارانش از يک روند گرمايشي ساده براي اصلاح سلنيد اينديوم استفاده کردند تا يک لايه از آن به عنوان فلز هادي و لايه ديگر به صورت نيمه هادي عمل کند. اين محققان سپس از نوعي جديد از ميکروسکوپهاي همکانون (ساخت شرکت  Klar Scientific) استفاده کردند تا خواص الکترونيکي ماده بهدستآمده را بررسي کنند.برخلاف همتايان مرسوم خود، ديود گو در بخش اتصال فلز و ماده نيمه هادي هيچگونه ناخالصي يا نقصي نشان نميدهد و ارتباط هموار و روان بين فلز و نيمه هادي باعث ميشود جريان الکتريسيته با راندمان و کارايي نزديک به صد درصد از بين لايه هاي دستگاه عبور کند.مککلاسکي، ديگر نويسنده اين مقاله، بيان ميکند: «وقتي شما يک فلز را به يک نيمه هادي مانند سيليکون متصل ميکنيد تا يک ديود شاتکي بسازيد، همواره نقصها و نارساييهايي در بخش اتصال رخ ميدهد و اين نقصها الکترونها را به دام مياندازند و مانع جريان الکتريسيته ميشوند. ديود طراحيشده گو از اين نظر بيهمتاست که سطح آن هيچيک از اين نقصها را از خود نشان نميدهد و اين مقاومت کمتر در برابر جريان الکتريسيته باعث ميشود دستگاه مورد نظر از جهت انرژي کارايي بهتري داشته باشد.»

قدمهاي بعدي

دکتر گو و همکارانش هماکنون در حال بررسي راه هاي جديد براي بالابردن کارايي و راندمان کريستالهاي سلنيد اينديوم خود هستند. آنها همچنين به دنبال راهي هستند تا آنها را قادر سازد مقادير زيادي از اين ماده را ترکيب و توليد کنند تا بتوان از آن در دستگاه هاي مختلف استفاده کرد.دکتر گو ميگويد: «اگرچه تحقيقات ما هنوز در مراحل مقدماتي به سر ميبرد، ولي بيانگر جهشي بزرگ در زمينه ترموالکتريک است. اين پژوهشها ميتوانند نقش بزرگي را در راستاي تحقق آيندهاي با راندمان و کارايي بالاتر انرژي ايفا کنند.»

منبع: مجله دانش بنیان