Кремниевые нанотрубки для сбора бросового тепла

Команда из южнокорейского университета POSTECH научила кремний гораздо эффективнее превращать бросовое тепло в электричество. Исследователи сделали полые кремниевые нанотрубки, которые резко снижают перенос тепла, но сохраняют свойства, нужные для эффективного термоэлектрического преобразования энергии.

Термоэлектрика работает на разнице температур: чем больше перепад между горячей и холодной стороной, тем больше тока можно снять. Беда кремния в том, что он слишком хорошо проводит тепло и быстро выравнивает эту разницу, поэтому как термоэлектрик он всегда был слабым. Задача была затруднить движение тепла, но не помешать движению заряда.

По сравнению с обычными сплошными кремниевыми нанопроволоками новые трубки показали примерно на 70 процентов меньшую теплопроводность. Даже с учётом влияния поверхности перенос тепла всё равно упал примерно на 33 процента. Тепло застревает, разница температур держится дольше.

Секрет в явлении под названием локализация фононов. Тепло переносят колебания атомов, и в полой структуре эти колебания как бы запираются внутри вместо того, чтобы свободно расходиться по материалу. Геометрия трубки работает ловушкой для тепла.

Кремний это один из самых распространённых и удобных для полупроводниковой промышленности материалов на Земле. Если именно он станет пригодным для сбора бросового тепла, это открывает дорогу к дешёвым и массовым термоэлектрическим устройствам там, где сейчас тепло просто уходит впустую: от промышленных печей до выхлопа и чипов.

Источник: https://x.com/SciTechera/status/2071838329889587598