Pozrite si
Chladenie integrovaných obvodov a ďalších elektronických komponentov je pre ich fungovanie kľúčové. Keďže nemáme k dispozícii supravodiče s nulovým odporom (aspoň nie v bežných zariadeniach), vznikajú v obvodoch energetické straty, ktoré sa menia na odpadové teplo.
To môže spôsobovať značné problémy, takže v niektorých prípadoch je potrebné aj aktívne nútené chladenie. Straty v podobe úniku tepelnej energie však vznikajú aj v tepelných strojoch, nielen v elektrických zariadeniach.
Výskumníci z UCB hľadali spôsob, ako využiť takzvané odpadové teplo nízkej kvality, ktoré dosahuje teploty nižšie ako 100 °C. Ich nanofilm pracuje na princípe premeny energie prostredníctvom pyroelektrického javu, ktorý funguje s nižšími teplotami a nepotrebuje ich prudké zmeny. čo je ideálne pre použitie v elektronike.
Pyroelektricita (z gréckeho pyros = požiar) je schopnosť určitých materiálov, obvykle kryštálov, vytvárať dočasné napätie pri zahrievaní alebo ochladení. Zmena teploty mierne modifikuje pozície atómov v ich kryštálovej štruktúre, čo mení polarizáciu materiálu. Táto zmena polarizácie vytvára na kryštáli elektrické napätie.
Existuje mnoho systémov, ktoré využívajú na generovanie elektrickej energie z tepla termoelektrický jav. Ten vytvára elektrinu cez teplotný gradient medzi dvoma stranami materiálu.
Využívajú ho aj niektoré vesmírne sondy, aby neboli závislé (len) na solárnych panelov. Teplo v tomto prípade získavajú termoelektrické články z rozpadu rádioizotopov. Tento princíp síce funguje spoľahlivo, ale je málo účinný pri malých teplotných rozdieloch medzi horúcou a studenou stranou materiálu.
Prototyp zariadenia z UCB pozostáva z pyroelektrických filmov s hrúbkou iba 50 až 100 nanometrov. Pri zohrievaní dokázalo dosiahnuť hustotu energie 1,06 J /cm3, objemovú hustotu výkonu 526 W /cm3 a Carnotovu účinnosť 19%. Podľa výskumného tímu ide o rekordné hodnoty pre pyroelektrickú premenu energie.
„Vieme, že potrebujeme nové zdroje energie, ale musíme tiež lepšie využiť energiu, ktorú už máme,“ uviedol Lane Martin, vedúci autor štúdie. „Tieto nanofilmy nám môžu pomôcť získať z každého zdroja viac energie, než dnes.“
Vďaka využitiu nanotechnológií z nových pyroelektrických materiálov sa možno v budúcnosti podstatne zmení vzhľad chladičov elektronických zariadení – na procesoroch, aj na výkonových zosilňovačov pre vaše Hi-Fi.
Využitie odpadového tepla na opätovné získanie elektriny by sme však uvítali najmä pri prenosných zariadeniach napájaných z batérií. Prispelo by k predĺženiu operačných časov smartfónov, aj notebookov, čo by privítal každý. Kým sa tak stane, pretečie ale „trochu vody“.
Pyroelektrický chladič-generátor z UCB je zatiaľ v laboratórnej fáze výskumu a triezvo je potrebné pozerať aj na dosahované čísla objemovej energie, resp, výkonu. Keďže ide o extrémne tenkú vrstvu, v sumáre bude získaná energia zrejme malá. Všetko chce ale čas.
Výskum bol publikovaný v magazíne Nature Materials.