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.
18.10.2018Taajuuskampa, laser ja resonaattori samalle piirille
17.10.2018Valon ja aineen vuorovaikutuksia kaksiulotteisissa
16.10.2018Erittäin ohuita antenneja
15.10.2018Valolla ohjattavia moottoreita ja roottoreita
12.10.2018Tarkempaa kasvihuonekaasujen analyysiä
11.10.2018Tehokkaampaa salaustekniikkaa
10.10.2018Uusi konsepti polttokennoille
09.10.2018Taipuisaa elektroniikkaa arvokkaista materiaaleista
08.10.2018Mikroelektroniikan ja biologisten rajan ylittäen
05.10.2018Miljoona kertaa nopeampaa tietotekniikkaa

Siirry arkistoon »