Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рис. 2. Теплопроводность нанопроводов с гладкой (черное) и шероховатой (красное) поверхностями.
Рис. 1. а) кремниевые нанопровода; б) шероховатая поверхность нанопровода.

Кремниевые нанопровода как эффективные термоэлектрические материалы

Ключевые слова:  кремний, нанопровода, периодика, термоэлектрические явления

Опубликовал(а):  Трусов Л. А.

27 января 2008

Около 90% потребляемой человечеством энергии производится при помощи тепловых машин, работающих на ископаемом топливе. Их КПД составляет 30-40%, т.е. довольно много энергии впустую рассеивается в виде тепла. Термоэлектрические устройства могли бы преобразовывать это тепло в электричество. Также интересно их использвание для охлаждения электронных чипов.

Эффективность работы термоэлектрического материала характеризуется добротностью ZT. При ZT>1 использование материала становится целесообразным, однако таких материалов немного. Самым распространенным является Bi2Te3, а наилучшие результаты были достигнуты на наноструктурах, например, сверхрешетках Bi2Te3/Sb2Te3. Производство таких структур, как, впрочем, и объемного Bi2Te3, недешево и трудно адаптируемо для крупномасштабного производства.

В номере журнала Nature от 10 января опубликованы сразу две работы, в которых сообщается о повышенных термоэлектрических свойствах кремниевых нанопроводов. Напомним, что кремний – самый привлекательный материал для создания электронных устройств, т.к. он дешев, а его технология наиболее развита в промышленности.

Однако ранее считалось, что как раз для термоэлектрических применений кремний совершенно не подходит. Дело в том, что такие материалы должны быть хорошими проводниками, но в то же время обладать низкой теплопроводность. А теплопроводность кремния как раз очень высока вследствие большого фононного вклада.

В работе «Enhanced thermoelectric performance of rough silicon nanowires» описываются кремниевые провода диаметром 20-300 нм (рис. 1), у которых теплопроводность понижена по сравнению с объемным кремнием. Ученые объясняют это рассеянием фононов на шероховатой поверхности проводов. Было проведено сравнение нанопроводов с гладкой поверхностью, полученных методом ПЖК, и шероховатых, полученных при помощи химического травления (рис. 2). Оказалось, что при равном диаметре теплопроводность шероховатых проводов в несколько раз ниже. Минимальная теплопроводность достигается для проводов диаметром 50 нм. Показатель ZT для них оказался равен 0.6 при комнатной температуре, что в 60 раз превосходит обычный кремний.

В работе «Silicon nanowires as efficient thermoelectric materials» исследовались массивы кремниевых проводов диаметром 20 нм. Для них ZT достигает 1 при 200 К, хотя при комнатной температуре он заметно ниже.

Таким образом, было показано, что на основе кремниевых нанопроводов могут быть изготовлены эффективные термоэлектрические устройства. Дальнейшие исследования будут направлены на понимание наблюдаемых явлений, а также на улучшение производительности кремниевых материалов.


Источник: Nature



Комментарии

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Пористый никель
Пористый никель

Разминочные викторины по предметам стартовали на Наноолимпиаде
ХIV Всероссийская олимпиада по нанотехнологиям началась. Мы открыли впервые за 13 лет отдельные тесты для школьников по основным предметным направлениям - химии, физике, математике, биологии. Это первые (новые) официальные конкурсы олимпиады, фактически, разминка, дальше будет больше и интереснее...

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»:Динамическое термоодеяло по мотивам кожи кальмара. Газоанализатор на висмутене. Фуллерены для Тиффани. Магнетизм доменной стенки в сегнетоэлектрике или магнитоэлектрическая “сказка наоборот”. 100-летний юбилей академика Исаака Марковича Халатникова. Нобелевская премия 2019.

"Новые нанотехнологии" для "Кванториума"
Новая образовательная программа по основам нанотехнологий разработана для детских технопарков «Кванториум»

Лекция про Дмитрия Ивановича и Наномир на Фестивале науки
Е.А.Гудилин и др., Фестиваль науки
В дни Фестиваля науки «NAUKA 0+» на Химическом факультете МГУ ведущие ученые познакомили слушателей с самыми современными достижениями химии. Ниже приводится небольшой фоторепортаж 1 дня и расписание лекций.

Как правильно заряжать аккумулятор?
Д. М. Иткис
Химик Даниил Иткис о том, как правильно заряжать аккумуляторы гаджетов и почему телефон выключается на холоде

Постлитийионные аккумуляторы
В. А. Кривченко
Физик Виктор Кривченко о перспективных видах аккумуляторов, фундаментальных проблемах в производстве литий-серных источников тока и преимуществах постлитийионных аккумуляторов

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.