Представьте, если бы вы могли улавливать выделяемое ими тепло и превращать его в больше энергии.
Доцент кафедры машиностроения Университета Юты Матье Франкур открыл способ производить больше электричества из тепла, чем считалось возможным, путем создания кремниевого чипа, также известного как «устройство», которое преобразует больше теплового излучения в электричество.
Его результаты были опубликованы в статье A Near-Field Radiative Heat Transfer Device в новейшем выпуске журнала Nature Nanotechnology.
Исследователи ранее определили, что существует теоретический «предел черного тела» на то, сколько энергии может быть произведено из теплового излучения (тепла). Но Francoeur и его команда продемонстрировали, что они могут выйти далеко за пределы ограничения черного тела и производить больше энергии, если они создадут устройство, которое использует две кремниевые поверхности, очень близко расположенные друг к другу. Команда изготовила чип 5 мм на 5 мм (размером с головку ластика) из двух кремниевых пластин с наноскопическим зазором между ними толщиной всего 100 нанометров, что составляет одну тысячную толщины человеческого волоса.
Пока чип находился в вакууме, они нагревали одну поверхность и охлаждали другую поверхность, создавая тепловой поток, способный генерировать электричество. Концепция создания энергии таким образом не уникальна, но Франкер и его команда обнаружили способ равномерно подогнать две кремниевые поверхности друг к другу в микроскопическом масштабе, не касаясь друг друга.
Чем ближе они друг к другу, тем больше электроэнергии они могут произвести.
«Никто не может излучать больше излучения, чем предел черного тела», – сказал он. "Но когда мы перейдем к наномасштабу, вы сможете."
В будущем Francoeur предполагает, что такую технологию можно будет использовать не только для охлаждения портативных устройств, таких как ноутбуки и смартфоны, но и для направления этого тепла на увеличение срока службы батареи, возможно, на 50%. Например, ноутбук с шестичасовой зарядкой может прыгнуть до девяти часов.
Чипы могут использоваться для повышения эффективности солнечных панелей за счет увеличения количества электричества от солнечного тепла или в автомобилях, чтобы забирать тепло от двигателя для питания электрических систем. Они также могут быть разработаны для установки в имплантируемые медицинские устройства, такие как кардиостимуляторы, для которых не требуются сменные батареи.
Еще одним преимуществом является то, что такая технология может помочь продлить срок службы компьютерных процессоров, сохраняя их прохладными и уменьшая износ, а также экономит больше энергии, которая в противном случае использовалась бы вентиляторами для охлаждения процессоров.
По мнению Франкора, это также может помочь улучшить окружающую среду.
«Вы возвращаете тепло в систему как электричество», – сказал он. "Прямо сейчас мы просто выбрасываем его в атмосферу. Например, он нагревает вашу комнату, а затем вы используете кондиционер для охлаждения вашей комнаты, что тратит больше энергии."