Générateur thermoélectrique conventionnel (à gauche) et générateur thermoélectrique nouvellement développé (à droite). Crédit :Université Waseda
Une équipe de chercheurs japonais de l'université Waseda, Université d'Osaka, et l'Université de Shizuoka ont conçu et développé avec succès un générateur thermoélectrique à nanofils de silicium qui, à une différence thermique de seulement 5 degrés C, pourrait piloter divers appareils IoT de manière autonome dans un avenir proche.
Les objets de notre quotidien, tels que les haut-parleurs, réfrigérateurs, et même des voitures, deviennent de jour en jour plus « intelligents » en se connectant à Internet et en échangeant des données, la création de l'Internet des objets (IoT), un réseau entre les objets eux-mêmes. Vers une société basée sur l'IoT, un générateur thermoélectrique miniaturisé est prévu pour charger ces objets, surtout pour ceux qui sont portables et portables.
En raison d'avantages tels que sa conductance thermique relativement faible mais sa conductance électrique élevée, les nanofils de silicium sont devenus un matériau thermoélectrique prometteur. Générateurs thermoélectriques à base de silicium classiquement employés à long, nanofils de silicium d'environ 10-100 nanomètres, qui ont été suspendus sur une cavité pour couper la dérivation du courant thermique et sécuriser la différence de température à travers les nanofils de silicium. Cependant, la structure de la cavité affaiblissait la résistance mécanique des dispositifs et augmentait le coût de fabrication.
Pour résoudre ces problèmes, une équipe de chercheurs japonais de l'université de Waseda, Université d'Osaka, et l'Université de Shizuoka ont conçu et développé avec succès un nouveau générateur thermoélectrique de silicium-nanofil, qui a démontré expérimentalement une densité de puissance élevée de 12 microwatts par 1 cm 2 , assez pour piloter des capteurs ou réaliser une communication sans fil intermittente, à une petite différence thermique de seulement .
« Parce que notre générateur utilise la même technologie pour fabriquer des circuits intégrés à semi-conducteurs, son coût de traitement pourrait être largement réduit grâce à la production de masse, " dit le professeur Takanobu Watanabe de l'Université de Waseda, le chercheur principal de cette étude. "Aussi, il pourrait ouvrir une voie à divers, dispositifs IoT à commande autonome utilisant les chaleurs environnementales et corporelles. Par exemple, il sera peut-être possible de recharger votre smartwatch un jour pendant votre jogging matinal."
Le générateur thermoélectrique nouvellement développé a perdu la structure de la cavité mais a plutôt raccourci les nanofils de silicium à 0,25 nanomètre, puisque les simulations ont montré que les performances thermoélectriques s'amélioraient en minimisant l'appareil. Le professeur Watanabe explique que malgré sa nouvelle structure, le nouveau générateur thermoélectrique a démontré la même densité de puissance que les appareils conventionnels. Plus surprenant, la résistance thermique a été supprimée, et la densité de puissance multipliée par dix en amincissant le substrat de silicium du générateur des 750 nanomètres conventionnels à 50 nanomètres avec meulage arrière.
Bien que l'équipe de recherche devra améliorer la qualité du générateur pour la production d'électricité stationnaire dans diverses conditions, Le professeur Watanabe espère que les résultats obtenus dans cette étude serviront à soutenir la technologie de l'énergie dans la société basée sur l'IoT.
