Lämpösähkögeneraattori IoT-aikakaudelle

03.08.2018

Waseda-tehokas-lamposahko-generaattori-300.jpgKohti IoT-teknologiaan perustuvaa yhteiskuntaa mentäessä miniatyrisoituja lämpösähkögeneraattoreita kaivataan erityisesti kannettaviin kuluttajalaitteisiin.

Yhtenä lupaava lämpösähköisenä materiaalina on noussut esiin piin nanolangat. Niillä on suhteellisen alhaisen lämmönjohtavuus mutta hyvä sähkönjohtavuus.

Piipohjaiset lämpösähkögeneraattorit rakentuvat tavallisesti pitkistä, noin 10 - 100 nanometrin pituisista nanolangoista, jotka oli ripustettu onteloon katkaisemaan lämpövirran kulku ja varmistamaan lämpötilaero piin nanolankojen yli. Kuitenkin ontelorakenne heikentää laitteiden mekaanista kestävyyttä ja kasvattaa valmistuskustannuksia.

Ongelman ratkaisuksi ryhmä japanilaisia tutkijoita Wasedan, Osakan ja Shizuokan yliopistosta ovat onnistuneesti kehittäneet uudenlaisen rakenteen, joka osoitti kokeellisesti suurta 12 mikrowattia per neliösenttimetri tehotiheyttä. Se on tarpeeksi tuottamaan tehoa antureille tai ajoittaiselle langattomalle viestinnälle varsin pienellä vain 5 Celsius-asteen lämpötilaerolla.

"Koska generaattori käyttää samaa tekniikkaa kuin puolijohdepiirien valmistus, sen toteutuskustannukset saattavat leikkautua suurelta osin massatuotannon kautta", toteaa tutkimuksen johtava tutkija Waseda Universityn professori Takanobu Watanabe. "Se voi myös avata polun erilaisiin, itsenäisesti toimiviin IoT-laitteisiin, joissa käytetään ympäristön ja kehon lämpöä. Esimerkiksi voi olla mahdollista ladata älypuhelinta hölkkälenkillä."

Kehitetyssä lämpösähkögeneraattorissa ei ole ontelorakennetta ja piin nanolangatkin ovat lyhentyneet 0,25 nanometriin, koska simulaatiot osoittivat, että lämpösähköinen suorituskyky parani laitteen minimoinnilla. Professori Watanabe selittää, että uudesta rakenteesta huolimatta uusi termoelektrinen generaattori osoitti samaa tehotiheyttä kuin perinteiset laitteet. Yllättävää on, että lämpöresistanssi vaimeni ja tehotiheys moninkertaistui kymmenkertaiseksi ohentamalla generaattorin piisubstraatti tavanomaisista 750 nanometristä 50 nanometriin.
18.01.2019Läpimurtoja orgaaniselle elektroniikalle
17.01.2019Virtausanturi verelle
17.01.2019Suunniteltuja materiaaleja fotonien hyödyntämiseksi
15.01.2019Perovskiitista spintroniikan perusta?
14.01.2019Spinkuvioita korkean lämpötilan suprajohteissa
11.01.2019Kvanttimateriaaleja puolijohteiden tilalle
10.01.2019Eksitonit avaavat tietä tehokkaampaan elektroniikkaan
09.01.2019Ympäristö muuttaa molekyylin kytkimeksi
08.01.2019Itseoppimiseen tukeutuva konenäkö
07.01.2019Parempia Li-Ion -akkuja

Siirry arkistoon »