Ett universitet i Kalifornien, Irvine-ingenjören har uppfunnit en metod för att analysera nanotrådar vid temperaturer som närmar sig 800 grader Fahrenheit i de första experimenten någonsin, visar vilken värdefull roll materialen kan spela för att omvandla överskottsvärme från maskiner och elektronik till användbar elektricitet.

"Biltillverkare och tekniska startups försöker använda och kommersialisera värme-till-el-applikationer, men först behöver de mycket effektiva byggstenar för att få det att hända, " sa Jaeho Lee, UCI biträdande professor i mekanisk och rymdteknik och huvudförfattare till en studie i det aktuella numret av Nanobokstäver . "Vårt arbete verifierar vad ingenjörer länge har förväntat sig:att vissa material skulle ha goda termoelektriska egenskaper på nanometerskala även vid höga temperaturer."

Han och hans kollegor kunde uppnå detta resultat genom den smarta anpassningen av en kommersiellt tillgänglig vakuumkammare och tillhörande utrustning. Precis utanför hyllan och stryps upp till intensiv värme för andra experiment, apparaten skulle smälta trådbeläggningar och förstöra de lim som används för att smälta nanotrådschips till sina hållare.

Teamet lindrade dessa problem genom att använda värmetoleranta ledningar och skruvar istället för lim för att hålla bitarna på plats. De skapade också en unik provmonteringsplattform som minimerar värmeförlusten och låter forskare kontrollera nanotrådarnas temperatur med hög precision.

Ett av de grundläggande målen för Lees forskningsområde är att frikoppla elektrisk ledningsförmåga och temperatur för att producera energi från spillvärme, och hans arbete på UCI visar att nanotrådar av kisel kan vara rätt material för jobbet.

Resultaten av studien, genomfördes när Lee var postdoktor vid Lawrence Berkeley National Laboratory, också bana väg för andra extrema värmeexperiment, enligt UCI:s materialforskare Allon Hochbaum, som inte var involverad i forskningen.

"Jaehos nya arbete utvecklar förmågan att mäta värmeledningsförmågan hos material i nanoskala vid högre temperaturer än vad som tidigare varit möjligt, ", sa han. "Detta möjliggör karakterisering av lovande termoelektriska högtemperaturämnen, såsom nanotrådar av kisel, under förhållanden som liknar deras optimala driftstemperatur."

I deras strävan att återvinna spillvärme, ingenjörer letar efter element som tillåter ett smidigt flöde av elektricitet samtidigt som de motstår värme. I bulk, kisel är en bra sändare av både el och värme. Men forskare har länge sett en kraftig minskning av värmeledningsförmågan när de har att göra med kisel på mikro- och nanometerskala.

"Värmen sprider sig med ytgränserna, så när du gör en nanotråd, den termiska ledningsförmågan kan vara så låg som två storleksordningar mindre än bulkmaterialets värmeledningsförmåga, " sa Lee.