Silicium kan restwarmte opvangen en omzetten in elektriciteit, blijkt uit nieuw onderzoek. Gelet op het belang van het scheikundig element voor de chipindustrie, kan dit een hoop besparing opleveren.
Restwarmte uit datacentra, thuiscomputers en laptops gaat vaak verloren. Maar door het te recyclen en er weer energie mee op te wekken kan de ICT-wereld bakken aan stroom besparen. Dat vraagt echter wel om een mechanisme om de warmte te converteren.
De huidige apparaten die een temperatuurverschil omzetten in elektriciteit zijn vaak duur. Ze gebruiken exotische, dure materialen en laten zich bovendien lastig inpassen in de extreem gestroomlijnde massaproductie van chips en andere apparaten. Mede daardoor is gebruik van restwarmte voor elektriciteit nog niet wijdverspreid.
Meest voorkomende materiaal op aarde
Onderzoekers van de Amerikaanse University of Texas at Dallas kunnen daar nu verandering in brengen. Ze vonden een manier om convertors te bouwen van silicium, één van de meest voorkomende materialen. Bovendien gebruikt de chipindustrie silicium om haar chips te maken, waardoor ze bekend zijn met het materiaal.
Dit alles maakt de techniek goedkoper dan de bestaande oplossingen, en door de bekendheid met silicium kan die ook makkelijker worden ingepast in het productieproces, zo hopen de Amerikanen.
Nanomessen
De onderzoekers maakten zogenoemde 'nanomessen', brede strips silicium van een paar nanometer dik. Een afgeleide van de nanodraad, die maximaal 100 x 100 nanometer groot mag zijn. Zo'n nanodraad van silicium blijkt - in tegenstelling tot grote dingen gemaakt van het materiaal - uitstekende thermo-elektrische eigenschappen te hebben. Die ontdekking stamt al uit 2008, maar sindsdien bleek het lastig de kennis toe te passen. Het grootste probleem was dat de nanodraad te smal was om met een machine op hoge snelheid neer te leggen - een must in de chipindustrie, waar de productie hoog moet zijn en de kostprijs laag.
Het idee van de Texanen - die samenwerkten met rekenmachinebouwer Texas Instruments - was om de draad breder te maken. Op die manier zou hij wel in het proces passen. 'Nanomessen' geleiden weliswaar minder goed dan hun draderige broertjes, maar ze geleiden genoeg om bruikbaar te zijn als omzetters van restwarmte in elektriciteit. Vooral als je een heleboel nanomessen bij de chips plaatst; dan werken ze volgens het onderzoek net zo goed als de exotische materialen.
Aan de andere kant: te veel materiaal moest ook weer niet. 'Dat was de reden dat vorige toepassingen van nanodraadtechnologie mislukten. Men gebruikte te veel silicium, waardoor de geleiding verloren ging', vertelt Mark Lee, hoofdauteur achter het onderzoek dat in Nature Electronics verscheen.
Grootschalig toepassen
Er bestaa een perfecte verhouding van nanomessen en chip waar het geheel wel naar behoren werkt, en Lee en collega's wisten die te vinden. Althans, dat denken ze. Want hoewel het in het lab werkt, is het de vraag of een echte, werkende chip met nanomessen precies doet wat Lee en collega's hopen. Mede daarom werkt de universiteit nu samen met Texas Instruments, om te kijken of het idee ook commercieel en praktisch haalbaar is.
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.