Ett team av japanska forskare från Waseda University, Osaka universitet, och Shizuoka University utformade och framgångsrikt utvecklade en kraftfull, kisel-nanotråd termoelektrisk generator som, vid en termisk skillnad på endast 5 grader C, kan köra olika IoT -enheter autonomt inom en snar framtid.

Objekt i vårt dagliga liv, som högtalare, kylskåp, och även bilar, blir "smartare" dag för dag när de ansluter till internet och utbyter data, skapa Internet of Things (IoT), ett nätverk bland själva föremålen. Mot ett IoT-baserat samhälle, en miniatyriserad termoelektrisk generator förväntas ladda dessa föremål, speciellt för dem som är bärbara och bärbara.

På grund av fördelar som dess relativt låga värmeledningsförmåga men höga elektriska konduktans, kisel nanotrådar har framträtt som ett lovande termoelektriskt material. Kiselbaserade termoelektriska generatorer används konventionellt länge, kisel nanotrådar på cirka 10-100 nanometer, som hängdes upp i ett hålrum för att stänga av förbikopplingen av värmeströmmen och säkra temperaturskillnaden över kisel -nanotrådarna. Dock, kavitetsstrukturen försvagade enheternas mekaniska hållfasthet och ökade tillverkningskostnaden.

För att ta itu med dessa problem, ett team av japanska forskare från Waseda University, Osaka universitet, och Shizuoka University konstruerade och framgångsrikt utvecklade en ny termoelektrisk generator av kisel-nanotråd, som experimentellt visade en hög effekttäthet på 12 mikrowatt per 1 cm ² , tillräckligt för att driva sensorer eller förverkliga intermittent trådlös kommunikation, med endast en liten termisk skillnad.

"Eftersom vår generator använder samma teknik för att tillverka halvledarintegrerade kretsar, dess bearbetningskostnad kan i stor utsträckning minskas genom massproduktion, "säger professor Takanobu Watanabe från Waseda University, den ledande forskaren av denna studie. "Också, det kan öppna en väg till olika, autonomt drivna IoT-enheter som använder miljö- och kroppsvärme. Till exempel, det kan vara möjligt att ladda din smartwatch under din morgonjogg någon dag. "

Den nyutvecklade termoelektriska generator förlorade hålrumsstrukturen men förkortade istället kisel -nanotrådarna till 0,25 nanometer, eftersom simuleringar visade att den termoelektriska prestandan förbättrades genom att enheten minimerades. Professor Watanabe förklarar att trots sin nya struktur, den nya termoelektriska generatorn visade samma effekttäthet som de konventionella enheterna. Mer överraskande, termiskt motstånd undertrycktes, och effekttätheten multipliceras med tio gånger genom att gallra generatorns kiselsubstrat från konventionella 750 nanometer till 50 nanometer med slipning på baksidan.

Även om forskargruppen kommer att behöva förbättra kvaliteten på generatorn för stationär kraftproduktion under olika förhållanden, Professor Watanabe hoppas att de resultat som uppnåtts i denna studie kommer att stödja kraftteknik i det IoT-baserade samhället.