16:14 2022-01-18
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Mini generator de electricitate realizat din puncte cuantice
_ Mini generator de electricitate realizat din quantum puncte
Mașinile și dispozitivele electronice generează adesea căldură reziduală care este dificil de utilizat. Dacă s-ar putea genera electricitate din această căldură reziduală, ar oferi un mijloc pentru o producție de energie curată și durabilă: o astfel de tehnologie ar fi ideală pentru aplicații electronice cu putere redusă, cum ar fi dispozitivele portabile sau dispozitivele Internet-of-Things la preț redus. Acestea includ, de exemplu, dispozitive și senzori portabili (medicali), cu o gamă largă de aplicații în industria sănătății și sportului, în clădiri inteligente și aplicații de mobilitate.
Generatoare termoelectrice, mașini care generează electricitate prin exploatarea diferențe de temperatură, există deja, dar eficiența lor de conversie este în general scăzută și se produce doar puțină energie electrică. Generarea mai multă energie electrică ar necesita materiale care au simultan o conductivitate electrică ridicată și o conductivitate termică scăzută. Aceste două cerințe, totuși, se exclud adesea reciproc.
Punctele cuantice ca soluție
În ultimii câțiva ani, mai multe grupuri de cercetare din întreaga lume au demonstrat că conversia termoelectrică poate fi foarte mare. sporit prin exploatarea efectelor cuantice. De exemplu, prin utilizarea punctelor cuantice care acționează ca filtre energetice extrem de selective, au fost raportate creșteri drastice ale eficienței de conversie, unele apropiindu-se chiar de unele dintre limitele stabilite de legile termodinamicii. Problema: mașinile cuantice, numite și motoare termice cuantice, trebuie să fie răcite la temperaturi cu câteva grade peste zero absolut – așa că așa ceva nu este foarte util în viața de zi cu zi.
Cercetătorii de la Empa ar putea fi capabil să depășească această problemă și să creeze un motor termic cuantic care funcționează la temperatura camerei. Mickael L. Perrin, cercetător în cadrul laboratorului Empa Transport at Nanoscale condus de Michel Calame, a venit cu ideea de a folosi nanoribbonuri de grafen, care sunt o specialitate Empa. Primele nanoribonuri de grafen au fost sintetizate de un alt grup de cercetare de la Empa: Roman Fasel și colegii săi de la laboratorul Empa Nanotech@Surfaces. De câțiva ani încoace, cercetătorii Empa au lucrat la diferite abordări pentru a crea dispozitive electronice din astfel de nanoribons.
Funcționare la temperatura camerei folosind nanoribbonuri de grafen
Mickael L. Perrin a reușit să facă Nanoribbonurile de grafen se comportă ca puncte cuantice înainte, unele dintre ele stabile până la o temperatură de -123 de grade Celsius, adică la temperaturi mult mai ridicate decât punctele cuantice utilizate anterior pentru conversia termoelectrică. Acum, scopul este de a integra astfel de nanoribonuri de grafen într-un motor termic cuantic și de a-l face să funcționeze la temperatura camerei. Deoarece nanoribon-urile au doar câțiva nanometri, contactul cu ele va necesita dezvoltarea unor tehnici speciale de fabricare, care vor fi implementate la Centrul de Nanotehnologie Binnig și Rohrer din Centrul de Cercetare IBM din Rüschlikon. Mai mult, vor fi necesare sisteme de măsurare proiectate personalizat pentru a caracteriza eficiența conversiei energiei.
Dacă totul decurge conform planului, Perrin poate crea un mic motor termic pe un cip în următorii ani. Nu numai că ar putea genera electricitate din căldura reziduală, dar și invers, inversând principiul de funcționare, ar fi potrivit pentru o răcire eficientă.
Cu cele două burse de cercetare de succes, Mickael L. Perrin își va începe profesorul asistent. la ETH Zurich, în cadrul Departamentului de Tehnologia Informației și Inginerie Electrică, în următoarele câteva luni. În următorii ani, își va continua cercetările la Empa, unde sunt disponibile echipamente de ultimă generație pentru caracterizarea termoelectrică a motoarelor termice cuantice.
Sperăm că este doar o soluție temporară.
Finanțarea pentru proiectul lui Perrin vine de la FNS și de la Secretariatul de Stat pentru Educație, Cercetare și Inovare (SERI). Din cauza acordului-cadru eșuat dintre Elveția și UE, Elveția este exclusă din actualul program european de cercetare, Horizon Europe. Pentru a interveni, granturile ERC Starting sunt finanțate direct de SERI în acest an. Acesta este singurul mod de a păstra tinerii cercetători foarte talentați în Elveția. Pentru a primi finanțarea alocată direct de la UE, Mickael L. Perrin și ceilalți 27 de granturi din Elveția ar trebui să se mute la o universitate străină care face parte din Spațiul European de Cercetare.
Comentarii:
Adauga Comentariu