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

 

Бутылочка от Максена
Бутылочка от Максена

Все конкурсы юбилейной наноолимпиады открыты!
Открыты все конкурсы юбилейной XV Всероссийской олимпиады "Нанотехнологии - прорыв в будущее!" Как всегда, в ней найдет себя и школьник, и студент, и аспирант, и учитель, и молодой ученый. Удачи всем! Ждем ваших работ!

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Акустическая волна как смазка – звук гасит трение. Новый фуллерит из неклассического C32. Правила устойчивости для азота. Уроки природы. Глаз дрозофилы показал, как синтезировать многофункциональные нанопокрытия. Переключение долинной поляризации с помощью электрического поля.

Отборочный этап конкурса детских инженерных команд «Кванториада 2020»
С 20 ноября проводится международный конкурс детских инженерных команд «Кванториада 2020». Дедлайн отборочного этапа - 4 декабря 2020 года.

Спинтроника и iPod
В.В.Уточникова
В 1988 году Альберт Ферт и Петер Грюнберг независимо друг от друга обнаружили, что электросопротивление композитов, составленных из чередующихся слоев магнитного и немагнитного металла может невероятно сильно меняться при приложении магнитного поля. В течение десятилетия это, казалось бы, эзотерическое наблюдение революционным образом изменило электронную промышленность, позволяя накапливать на жестких дисках все возрастающий объем информации.

ДНК правит компьютером
Бидыло Тимофей Иванович
Наиболее вероятно, что главным революционным отличием процессоров будущего станут объемная (3D) архитектура и наноразмер составляющих, что позволит головокружительно увеличить количество элементов. Сегодня кремниевые технологии приближаются к своему технологическому пределу, и ученые ищут адекватную замену кремниевой логике. Клеточные автоматы, спиновые транзисторы, элементы логики на молекулах, транзисторы на нанотрубках, ДНК-вычисления…

Будущее техники отразилось в идеальном нанозеркале
Кушнир Сергей Евгеньевич
Свыше 99,9% падающего излучения отражает новое зеркало, построенное физиками США. А ведь толщина его составляет всего-то 0,23 микрометра. Специалисты говорят, что новинка способна улучшить параметры многих компьютерных устройств, где применяется лазерная оптика.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

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!



 
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.