Создана новая нанопленка, эффективно превращающая ненужное тепло назад в электрическую энергию - «Наука и технологии»

Паразитное тепло, выделяющееся при работе любой электроники, в большинстве случаев является немалой проблемой. Мало того, что это тепло укорачивает срок функционирования и даже может привести к выходу из строя электронных компонентов, в этом тепле заключено достаточно большое количество энергии и еще большее количество энергии теряется на обеспечение работы систем охлаждения. Но недавно, исследователи из Калифорнийского университета в Беркли разработали тонкую наноструктурированную пленку, которую можно встроить в компьютеры и другие "горячие" электронные устройства. И эта пленка способна с достаточно высокой эффективностью поглощать тепловую энергию, перерабатывая ее назад в электричество.

В настоящее время существует уже достаточно большое количество систем возврата энергии, основанных на теромэлектрическом принципе. Теромоэлектрический эффект работает только тогда, когда между двумя сторонами активного элемента существует разница температур и, чем выше эта разница, тем больше энергии вырабатывает термоэлектрический генератор. Отметим, что при небольшом температурном градиенте эффективность термоэлектрического эффекта весьма низка и его использование в таких случаях становится нецелесообразным.

Устройство, созданное исследователями из Беркли, как раз ориентировано на максимальную эффективность работы при небольшом температурном градиенте, когда разница температур не превышает 100 градусов Цельсия. Это было достигнуто за счет использования комбинации пироэлектрического и термоэлектрического эффекта одновременно, и это делает новую нанопленку идеальным решением для ее использования в системах охлаждения электроники.

Опытный образец пленки имеет толщину 50-100 нанометров. Эксперименты с этой пленкой показали, что энергетическая плотность материала составляет 1.06 Джоуля на кубический сантиметр, энергетическая плотность равна 5.26 Ватта на кубический сантиметр и эффективность равна 19 процентам. Эти значения делают новый материал своего рода рекордсменом в области пироэлектрического преобразования тепла в электрическую энергию.

Проведенные учеными исследования позволили им выявить некоторые из ранее неизвестных особенностей работы пироэлектрического эффекта, что было использовано для увеличения эффективности преобразования энергии. И, благодаря наличию этих знаний, в будущем можно будет разрабатывать тонкопленочные устройства, работа которых оптимизирована для конкретных электронных устройств и систем, в которых будет учитываться точное количество теряемого тепла, температура охлаждаемых элементов и другие их характеристики.