Инженеры разрабатывают чип, который преобразует потерянное тепло в полезную энергию

Инженеры-механики нашли способ производить больше электричества из тепла, чем считалось возможным, создав кремниевый чип, также известный как «устройство», которое преобразует больше теплового излучения в электричество. Это может привести к появлению таких устройств, как ноутбуки и мобильные телефоны с гораздо более длительным временем автономной работы и солнечными батареями, которые будут намного эффективнее преобразовывать излучаемое тепло в энергию.

Подсчитано, что до двух третей энергии, потребляемой в США каждый год, расходуется на тепло. Возьмите, например, автомобильные двигатели, ноутбуки, мобильные телефоны, даже холодильники, которые перегреваются при чрезмерном использовании.

Представьте себе, если бы вы могли улавливать выделяемое ими тепло и превращать его в большее количество энергии.

Доцент кафедры машиностроения в Университете Юты Матье Франсуар открыл способ получения большего количества электричества из тепла, чем считалось возможным, путем создания кремниевого чипа, также известного как «устройство», которое преобразует большее количество теплового излучения в электричество. Его результаты были опубликованы в статье «Устройство радиационного переноса ближнего поля» в новейшем выпуске « Нанотехнологии природы».

Исследователи ранее определили, что существует теоретический «предел черного тела» для того, сколько энергии может быть произведено из теплового излучения (тепла). Но Francoeur и его команда продемонстрировали, что они могут выйти за пределы черного тела и производить больше энергии, если они создадут устройство, которое использует две кремниевые поверхности очень близко друг к другу. Команда изобрела чип размером 5 на 5 мм (размером с ластик) из двух кремниевых пластин с наноскопическим зазором между ними толщиной всего 100 нанометров, или тысячной толщины человеческого волоса. 

Пока чип находился в вакууме, они нагревали одну поверхность и охлаждали другую, создавая тепловой поток, который может генерировать электричество. Концепция создания энергии таким образом не уникальна, но Francoeur и его команда нашли способ совместить две кремниевые поверхности, равномерно расположенные близко друг к другу в микроскопическом масштабе, не касаясь друг друга. Чем ближе они друг к другу, тем больше электричества они могут генерировать.

«Никто не может излучать больше излучения, чем предел черного тела», — сказал он. «Но когда мы перейдем к наноразмерам, ты сможешь».

В будущем Francoeur предполагает, что такая технология может быть использована не только для охлаждения портативных устройств, таких как ноутбуки и смартфоны, но и для направления этого тепла на большее время автономной работы, возможно, на 50% больше. Например, ноутбук с шестичасовой зарядкой может подскочить до девяти часов.

Микросхемы могут быть использованы для повышения эффективности солнечных панелей за счет увеличения количества электричества от солнечного тепла или в автомобилях для отвода тепла от двигателя, чтобы помочь питать электрические системы. Они также могут быть разработаны для установки в имплантируемые медицинские устройства, такие как кардиостимулятор, для которого не требуются сменные батареи.

Еще одним преимуществом является то, что такая технология может помочь продлить срок службы компьютерных процессоров, сохраняя их холодными и снижая их износ, и это сэкономит больше энергии, в противном случае вентиляторы будут использовать для охлаждения процессоров. Это также может помочь улучшить окружающую среду, утверждал Франкор.

«Вы возвращаете тепло обратно в систему в качестве электричества», — сказал он. «Прямо сейчас, мы просто сбрасываем его в атмосферу. Например, он нагревает вашу комнату, а затем вы используете свой кондиционер для охлаждения вашей комнаты, что тратит больше энергии».