Un nouvel appareil en cours de développement par le physicien de l'Université de l'État de Washington, Yi Gu, pourrait un jour transformer la chaleur générée par un large éventail d'appareils électroniques en une source de carburant utilisable.

L'appareil est un multicomposant, matériau composite multicouche appelé diode van der Waals Schottky. Il convertit la chaleur en électricité jusqu'à trois fois plus efficacement que le silicium, un matériau semi-conducteur largement utilisé dans l'industrie électronique. Bien qu'encore à un stade précoce de développement, la nouvelle diode pourrait éventuellement fournir une source d'alimentation supplémentaire pour tout, des smartphones aux automobiles.

"La capacité de notre diode à convertir la chaleur en électricité est très grande par rapport à d'autres matériaux en vrac actuellement utilisés en électronique, " dit Gu, professeur agrégé au département de physique et d'astronomie de la WSU. "À l'avenir, une couche pourrait être attachée à quelque chose de chaud comme un échappement de voiture ou un moteur d'ordinateur et une autre à une surface à température ambiante. La diode utiliserait ensuite le différentiel de chaleur entre les deux surfaces pour créer un courant électrique qui pourrait être stocké dans une batterie et utilisé en cas de besoin. »

Gu a récemment publié un article sur la diode Schottky en Le Journal des lettres de chimie physique .

Un nouveau type de diode

Dans le monde de l'électronique, Les diodes Schottky sont utilisées pour guider l'électricité dans une direction spécifique, semblable à la façon dont une vanne dans une conduite d'eau dirige le flux de liquide qui la traverse. Ils sont fabriqués en attachant un métal conducteur comme l'aluminium à un matériau semi-conducteur comme le silicium.

Au lieu de combiner un métal commun comme l'aluminium ou le cuivre avec un matériau semi-conducteur conventionnel comme le silicium, La diode de Gu est constituée d'une multicouche de microscopiques, Séléniure d'indium cristallin. Lui et une équipe d'étudiants diplômés ont utilisé un processus de chauffage simple pour modifier une couche de séléniure d'indium pour qu'elle agisse comme un métal et une autre couche pour qu'elle agisse comme un semi-conducteur. Les chercheurs ont ensuite utilisé un nouveau type de microscope confocal développé par Klar Scientific, une start-up fondée en partie par le physicien WSU Matthew McCluskey, pour étudier les propriétés électroniques de leurs matériaux.

Contrairement à ses homologues conventionnels, La diode de Gu n'a pas d'impuretés ou de défauts à l'interface où les matériaux métalliques et semi-conducteurs sont assemblés. La connexion fluide entre le métal et le semi-conducteur permet à l'électricité de traverser le dispositif multicouche avec une efficacité de près de 100 %.

"Lorsque vous attachez un métal à un matériau semi-conducteur comme le silicium pour former une diode Schottky, il y a toujours des défauts qui se forment à l'interface, " dit McCluskey, un co-auteur de l'étude. "Ces imperfections piègent les électrons, entravant la circulation de l'électricité. La diode de Gu est unique en ce que sa surface ne semble présenter aucun de ces défauts. Cela diminue la résistance au flux d'électricité, rendant l'appareil beaucoup plus économe en énergie.

Prochaines étapes

Gu et ses collaborateurs étudient actuellement de nouvelles méthodes pour augmenter l'efficacité de leurs cristaux de séléniure d'indium. Ils explorent également des moyens de synthétiser de plus grandes quantités de matériau afin qu'il puisse être développé en dispositifs utiles.

"Alors qu'il est encore au stade préliminaire, notre travail représente un grand pas en avant dans le domaine de la thermoélectrique, " a déclaré Gu. " Cela pourrait jouer un rôle important dans la réalisation d'une société plus économe en énergie à l'avenir. "