Een team van Japanse onderzoekers van de Waseda University, Universiteit van Osaka, en Shizuoka University ontwierpen en ontwikkelden met succes een krachtige, silicium-nanodraad thermo-elektrische generator die, bij een thermisch verschil van slechts 5 graden C, zou in de nabije toekomst verschillende IoT-apparaten autonoom kunnen aansturen.

Objecten in ons dagelijks leven, zoals luidsprekers, koelkasten, en zelfs auto's worden met de dag "slimmer" naarmate ze verbinding maken met internet en gegevens uitwisselen, het internet der dingen (IoT) creëren, een netwerk tussen de objecten zelf. Naar een op IoT gebaseerde samenleving, een geminiaturiseerde thermo-elektrische generator wordt verwacht om deze objecten op te laden, vooral voor degenen die draagbaar en draagbaar zijn.

Vanwege voordelen zoals de relatief lage thermische geleidbaarheid maar hoge elektrische geleidbaarheid, silicium nanodraden zijn naar voren gekomen als een veelbelovend thermo-elektrisch materiaal. Thermo-elektrische generatoren op basis van silicium die gewoonlijk lange, silicium nanodraden van ongeveer 10-100 nanometer, die aan een holte werden opgehangen om de bypass van de warmtestroom af te sluiten en het temperatuurverschil over de silicium nanodraden te beveiligen. Echter, de holtestructuur verzwakte de mechanische sterkte van de apparaten en verhoogde de fabricagekosten.

Om deze problemen aan te pakken, een team van Japanse onderzoekers van de Waseda University, Universiteit van Osaka, en Shizuoka University ontwierpen en ontwikkelden met succes een nieuwe silicium-nanodraad thermo-elektrische generator, die experimenteel een hoge vermogensdichtheid van 12 microwatt per 1 cm . aantoonde ² , genoeg om sensoren aan te sturen of intermitterende draadloze communicatie te realiseren, bij een klein thermisch verschil van slechts .

"Omdat onze generator dezelfde technologie gebruikt om geïntegreerde halfgeleiderschakelingen te maken, de verwerkingskosten kunnen grotendeels worden verlaagd door massaproductie, " zegt professor Takanobu Watanabe van de Waseda University, de leidende onderzoeker van dit onderzoek. "Ook, het zou een weg kunnen openen naar verschillende, autonoom aangedreven IoT-apparaten die gebruik maken van omgevings- en lichaamswarmte. Bijvoorbeeld, het is misschien mogelijk om je smartwatch op een dag op te laden tijdens het joggen in de ochtend."

De nieuw ontwikkelde thermo-elektrische generator verloor de holtestructuur, maar verkortte in plaats daarvan de silicium nanodraden tot 0,25 nanometer, aangezien simulaties aantoonden dat de thermo-elektrische prestaties verbeterden door het apparaat te minimaliseren. Professor Watanabe legt uit dat ondanks de nieuwe structuur, de nieuwe thermo-elektrische generator vertoonde dezelfde vermogensdichtheid als de conventionele apparaten. Meer verrassend, thermische weerstand werd onderdrukt, en de vermogensdichtheid vertienvoudigd door het siliciumsubstraat van de generator te verdunnen van de conventionele 750 nanometer tot 50 nanometer met slijpen aan de achterkant.

Hoewel het onderzoeksteam de kwaliteit van de generator voor stationaire stroomopwekking in verschillende omstandigheden moet verbeteren, Professor Watanabe hoopt dat de resultaten die in dit onderzoek worden bereikt, zullen dienen ter ondersteuning van energietechnologie in de IoT-gebaseerde samenleving.