Инфракрасный процесс преобразования тепла в энергию

Инфракрасный процесс преобразования тепла в энергию

Прямое преобразование электрической мощности в тепло – процесс достаточно известный и привычный. Взять, к примеру, обычную бытовую микроволновую печь – стандартный прибор приготовления пищи. Между тем, обратный процесс — превращение тепла в электрическую мощность – выглядит уже далеко не простым делом. Тем не менее, специалисты «Sandia National Laboratories» умудрились разработать устройство на основе кремния, которое способно использовать отработанное тепло превращением в мощность постоянного тока. Изобретение во всех подробностях описано на страницах «Physical Review Applied».

Преобразователь теплоты в электрическую энергию

Устройство изготовлено на основе обычных, широко используемых материалов:

  • алюминия,
  • кремния,
  • диоксида кремния,
  • стекла.

Размерность преобразователя по длине и ширине всего 4,57х4,57 см. Размер толщины – половина толщины копеечной монеты. Верхняя часть алюминиевая, по всей площади вытравленная полосками.

Каждая из полосок по ширине примерно в 20 раз меньше диаметра человеческого волоса. Такой «рисунок», несмотря на малый формат, трудно различимый зрительными органами человека, служит антенной, улавливающей инфракрасное излучение.

Между алюминиевой верхней частью и днищем, выполненным из кремния, размещён очень тонкий слой диоксида кремния. Этот слой по размеру толщины сопоставим с 20 атомами кремния (примерно в 16 000 раз тоньше человеческого волоса). Образцовая, протравленная алюминиевая антенна направляет собранные инфракрасные лучи на этот промежуточный слой.

Далее инфракрасные лучи, поглощенные диоксидом кремния, способствуют генерации электрических колебаний высокой частоты (около 50 триллионов раз за секунду).

Этот процесс асимметричным образом «толкает» электроны между алюминием и кремнием. Фактически организуется процесс, именуемый выпрямлением, когда получают постоянный электрический ток.

Инфракрасная гибридная ректенна

Изобретатели называет свое устройство инфракрасной ректенной – гибридной преобразующей антенной. Ректенна в данном случае — твердотельное устройство, без движущихся частей, не предназначенное непосредственно контактировать с источником тепла, вызывающим термическое напряжение.

Преобразование инфракрасной ректенны затрагивает  общие масштабируемые процессы. Но изобретателям удалось сделать инфракрасную ректенну сопоставимой с процессами, которые используются в индустрии интегральных микросхем. Поэтому устройство внедряется без особого труда.

Одна из существенных проблем для изобретателей при изготовлении ректенны заключалась в модернизации кремния. Нужно было внедрить определённое количество других элементов в кремний, чтобы получить эффект отражения инфракрасного света подобно металлу. Такую задачу удалось решить.


При помощи материалов: Sandia