Wereldrecord: Thermo-diode werkt bij 600K
Onderzoekers van Lincoln’s Department of Mechanical & Materials Engineering aan de universiteit van Nebraska zijn erin geslaagd een NTM-diode (NanoThermoMechanical) te ontwikkelen met de tot nu toe hoogst haalbare werktemperatuur van 600 K = 326 °C. Bij zulke temperaturen zouden moderne silicium-halfgeleiders meteen het loodje leggen. Met deze NTM-techniek zouden in de toekomst zelfs componenten te maken zijn, die nog veel meer aankunnen.
Onderzoekers van Lincoln’s Department of Mechanical & Materials Engineering aan de universiteit van Nebraska zijn erin geslaagd een NTM-diode (NanoThermoMechanical) te ontwikkelen met de tot nu toe hoogst haalbare werktemperatuur van 600 K = 326 °C. Bij zulke temperaturen zouden moderne silicium-halfgeleiders meteen het loodje leggen. Met deze NTM-techniek zouden in de toekomst zelfs componenten te maken zijn, die nog veel meer aankunnen.
Sidy Ndao en Mahmoud Elzouka hebben een artikel gepubliceerd in het vakblad Nature Scientific Reports, waarin ze de principes van een gelijkrichter hebben beschreven, die bij ongewoon hoge temperaturen nog werkt. Elektronici denken bij zo’n bericht meteen aan elektronica, die ondanks een grote dissipatie zonder speciale koeling kan werken. Maar het gaat hier om een heel ander soort techniek: NTM-chips gebruiken namelijk warmte in plaats van elektriciteit om data te verwerken. Daarom kan deze techniek ook in vijandige omgevingen bij hoge temperaturen worden gebruikt. Deze eigenschap is heel nuttig, bijvoorbeeld om een ruimtesonde voor Venus te bouwen, want bij de daar heersende temperatuur van zo’n 400 °C kan normale elektronica, zonder een bijzonder koelsysteem dat veel energie verbruikt, niet lang overleven. Iets dergelijks geldt voor sondes die worden gebruikt bij diepe boringen voor geothermie etc.
Deze thermische diode geleidt warmte in maar één richting; in de andere richting geleidt hij de warmte niet. De thermische energie gedraagt zich dus net zoals elektrische energie in conventionele diodes. De ongelijke geleiding van warmte ontstaat, doordat de spleet van het NTM-materiaal verandert bij verschillende temperaturen van twee aansluitingen, wat de warmtegeleiding beïnvloedt. Dit principe hebben de onderzoekers als eerste gebruikt voor het maken van een soort warmte-diode. Dit experimentele onderdeel heeft 24 paar zogenaamde „moving“ en „fixed terminals“ en twee dunne film-verwarmingselementen van platina. Als de vaste aansluiting warmer is dan de bewegende, ontstaat een grote spleet en dus een geringe warmtegeleiding. Maar als de bewegende aansluiting heter wordt, dan beweegt hij zich – nomen est omen – in de richting van de vaste aansluiting: de spleet wordt kleiner en de warmtegeleiding neemt toe. De warmtegeleiding werkt op het natuurkundige principe van warmtestraling op korte afstand, waarbij tunneleffecten tussen twee oppervlaktes optreden. De hiervoor benodigde nanotechniek is al lang standaard in de fabricage van halfgeleiders.
Sidy Ndao en Mahmoud Elzouka hebben een artikel gepubliceerd in het vakblad Nature Scientific Reports, waarin ze de principes van een gelijkrichter hebben beschreven, die bij ongewoon hoge temperaturen nog werkt. Elektronici denken bij zo’n bericht meteen aan elektronica, die ondanks een grote dissipatie zonder speciale koeling kan werken. Maar het gaat hier om een heel ander soort techniek: NTM-chips gebruiken namelijk warmte in plaats van elektriciteit om data te verwerken. Daarom kan deze techniek ook in vijandige omgevingen bij hoge temperaturen worden gebruikt. Deze eigenschap is heel nuttig, bijvoorbeeld om een ruimtesonde voor Venus te bouwen, want bij de daar heersende temperatuur van zo’n 400 °C kan normale elektronica, zonder een bijzonder koelsysteem dat veel energie verbruikt, niet lang overleven. Iets dergelijks geldt voor sondes die worden gebruikt bij diepe boringen voor geothermie etc.
Deze thermische diode geleidt warmte in maar één richting; in de andere richting geleidt hij de warmte niet. De thermische energie gedraagt zich dus net zoals elektrische energie in conventionele diodes. De ongelijke geleiding van warmte ontstaat, doordat de spleet van het NTM-materiaal verandert bij verschillende temperaturen van twee aansluitingen, wat de warmtegeleiding beïnvloedt. Dit principe hebben de onderzoekers als eerste gebruikt voor het maken van een soort warmte-diode. Dit experimentele onderdeel heeft 24 paar zogenaamde „moving“ en „fixed terminals“ en twee dunne film-verwarmingselementen van platina. Als de vaste aansluiting warmer is dan de bewegende, ontstaat een grote spleet en dus een geringe warmtegeleiding. Maar als de bewegende aansluiting heter wordt, dan beweegt hij zich – nomen est omen – in de richting van de vaste aansluiting: de spleet wordt kleiner en de warmtegeleiding neemt toe. De warmtegeleiding werkt op het natuurkundige principe van warmtestraling op korte afstand, waarbij tunneleffecten tussen twee oppervlaktes optreden. De hiervoor benodigde nanotechniek is al lang standaard in de fabricage van halfgeleiders.
