Een universiteit van Californië, Irvine-ingenieur heeft een methode uitgevonden voor het analyseren van nanodraden bij temperaturen van bijna 800 graden Fahrenheit in allereerste experimenten, waaruit blijkt welke waardevolle rol de materialen kunnen spelen bij het omzetten van overtollige warmte van machines en elektronica in bruikbare elektriciteit.

"Autofabrikanten en technische startups proberen warmte-naar-elektriciteitstoepassingen te gebruiken en te commercialiseren, maar eerst hebben ze zeer efficiënte bouwstenen nodig om dat mogelijk te maken, " zei Jaeho Lee, UCI-assistent-professor mechanische en ruimtevaarttechniek en hoofdauteur van een studie in het huidige nummer van Nano-letters . "Ons werk verifieert wat ingenieurs al lang hadden verwacht:dat bepaalde materialen zelfs bij hoge temperaturen goede thermo-elektrische eigenschappen zouden hebben op nanometerschaal."

Hij en zijn collega's wisten dit resultaat te bereiken door het slim aanpassen van een in de handel verkrijgbare vacuümkamer en aanverwante apparatuur. Gewoon van de plank en gesmoord tot intense hitte voor andere experimenten, het apparaat zou draadcoatings smelten en de lijm vernietigen die wordt gebruikt om nanodraadchips aan hun houders te smelten.

Het team loste deze problemen op door hittebestendige bedrading en schroeven te gebruiken in plaats van lijmen om de stukken op hun plaats te houden. Ze creëerden ook een uniek montageplatform voor monsters dat warmteverlies minimaliseert en onderzoekers in staat stelt de temperatuur van de nanodraden met hoge precisie te regelen.

Een van de fundamentele doelen van Lee's onderzoeksgebied is het ontkoppelen van elektrische geleidbaarheid en temperatuur om energie te produceren uit afvalwarmte, en zijn werk bij UCI toont aan dat silicium nanodraden de juiste materialen kunnen zijn voor de klus.

De bevindingen van het onderzoek, uitgevoerd toen Lee een postdoctoraal onderzoeker was aan het Lawrence Berkeley National Laboratory, ook de weg vrijmaken voor andere experimenten met extreme hitte, volgens UCI-materiaalwetenschapper Allon Hochbaum, die niet bij het onderzoek betrokken was.

"Jaeho's nieuwe werk ontwikkelt het vermogen om de thermische geleidbaarheid van materialen op nanoschaal te meten bij hogere temperaturen dan voorheen mogelijk was, " zei hij. "Dit zorgt voor de karakterisering van veelbelovende thermo-elektrische stoffen op hoge temperatuur, zoals silicium nanodraden, onder omstandigheden die vergelijkbaar zijn met hun optimale bedrijfstemperatuur."

In hun zoektocht om restwarmte te recyclen, ingenieurs zijn op zoek naar elementen die een soepele stroom van elektriciteit mogelijk maken terwijl ze weerstand bieden aan hitte. massaal, silicium is een goede zender van zowel elektriciteit als warmte. Maar wetenschappers zijn al lang getuige van een scherpe afname van de thermische geleidbaarheid bij het omgaan met silicium op micro- en nanometerschaal.

"Warmte verstrooit met de oppervlaktegrenzen, dus als je een nanodraad maakt, de thermische geleidbaarheid kan zo laag zijn als twee orden van grootte minder dan de thermische geleidbaarheid van het bulkmateriaal, ' zei Leen.