Представьте себе светофоры и автомобили, взаимодействующие друг с другом, чтобы оптимизировать поток движения. Это не научная фантастика — это Интернет вещей (IoT), то есть объекты, которые чувствуют свое окружение и реагируют через Интернет. Поскольку население планеты растет, а такие технологии продолжают развиваться, вы можете задаться вопросом: что будет приводить в действие этот цифровой мир завтрашнего дня?
Ветер, солнце, да. Однако кое-что вокруг нас может не сразу прийти на ум – тепло. Теперь в исследовании, недавно опубликованном в журнале Nature Communications , многоинституциональная исследовательская группа, в том числе из Университета Осаки, объявила о прорыве в области чистой энергии : значительно улучшенное термоэлектрическое преобразование. Одно из многих потенциальных применений? Правильно, Интернет вещей.
Крупномасштабная глобальная интеграция Интернета вещей ограничена отсутствием подходящего источника энергии. На самом деле, энергоснабжение IoT должно быть локальным и небольшим. Миниатюризация термоэлектрического преобразования может помочь решить эту проблему энергоснабжения за счет использования тепла, выделяемого микроэлектроникой, в качестве источника электроэнергии. Однако для практических приложений эффективность преобразования текущей термоэлектрической энергии недостаточна. Повышение этой эффективности было целью исследования исследовательской группы.
«В нашей работе мы демонстрируем систему двумерного электронного газа (2DEG) с несколькими подзонами, в которой используется арсенид галлия . Эта система отличается от традиционных методов термоэлектрического преобразования», — объясняют Юто Уэмацу и Ёсиаки Накамура, ведущие и старшие авторы. исследования. «Наша система способствует лучшему преобразованию температуры (тепла) в электричество и улучшает подвижность электронов в их 2D-листе. Это легко приносит пользу повседневным устройствам, таким как полупроводники».
Невероятно, но исследователям удалось улучшить коэффициент мощности термоэлектрического преобразования в 4 раза по сравнению с обычными системами 2DEG. Другие технологии, такие как резонансное рассеяние, не оказались столь эффективными для термоэлектрического преобразования .
Выводы команды могут открыть путь к устойчивому источнику энергии для Интернета вещей. Тонкие термоэлектрические пленки на подложках из арсенида галлия подойдут для приложений Интернета вещей. Например, они могут питать системы мониторинга окружающей среды в отдаленных местах или носимые устройства для медицинского мониторинга.
«Мы очень рады, потому что мы расширили принципы процесса, который имеет решающее значение для чистой энергетики и развития устойчивого Интернета вещей», — говорит Йошиаки Накамура, старший автор. «Более того, наша методология может быть применена к любому материалу на основе элементов; практическое применение имеет далеко идущие последствия».
Эта работа является важным шагом вперед в максимизации полезности термоэлектрической генерации энергии в современной микроэлектронике и особенно подходит для Интернета вещей. Поскольку результаты не ограничиваются арсенидом галлия, возможны дальнейшие усовершенствования системы, при этом устойчивость и Интернет вещей потенциально принесут значительную выгоду.