21 januari 2008
De ontdekkingen binnen de nanotechnologie blijven elkaar opvolgen. Zo toont onderzoek nu weer aan dat nanodraden van silicium goed te gebruiken zijn als thermo-elektrisch materiaal. Net zo goed, en waarschijnlijk zelfs veel beter dan de dure materialen die nu gebruikt worden voor bijvoorbeeld koelinstallaties. Thermo-elektrisch materiaal zet verschillen in temperatuur om in elektriciteit. Omgekeerd zorgt electriciteit voor warmte aan de ene kant van het wateriaal en koeling aan de andere kant. Thermo-electrisch materiaal moet een goede geleider zijn van electriciteit, terwijl het tegelijkertijd dat niet mag zijn voor warmte. Silicium (dat alle twee goed geleidt) is tot nu toe eigenlijk altijd genegeerd voor thermisch-electrische conversie, maar een researchteam van de University of California – Berkeley onder leiding van Weidon Yang, lijkt nu het tegenovergestelde te beweren. De onderzoekers toonden aan dat nanodraden van vijftig nanometer de elektrische geleiding van silicium behouden. De thermische geleidbaarheid is dan echter maar een honderdste van het materiaal. Yang en zijn team gebruikten een methode die nanodraden met een grof oppervlak leverde. Juist die kartelige randen remmen de stroom van fononen, warmtedragende deeltjes, af volgens Yang. De theorie de hiervoor wordt ontwikkeld is echter nog lang niet sluitend.
Tot nu worden als materialen veelal bismut telluride en lood telluride gebruikt. Deze worden veelal verwerkt in koelapparatuur. Beide materialen zijn niet efficient, waardoor er veel van nodig is wat weer leidt tot duurdere en grotere apparaten. Silicium is veel kostenvriendelijker. De silicium nanodraden zouden gebruikt kunnen worden om warmte op te vangen in computers en deze weer om te zetten in energie. Ook zou de technologie bruikbaar zijn in koelkasten en zonnecellen: door de draden te combineren met traditionele foto-elektrische cellen, zou daar een veel grotere efficiëntie behaald kunnen worden. 'The key is in the preparation', zo zegt Yang. 'We prepared thin nanowires of silicon. When these wires are exposed to a temperature difference, they generate electricity. Standard silicon is a poor thermoelectric, but the performance of the nanowires is already comparable to the best existing thermoelectric material. A good thermoelectric needs to have two key properties — good electrical conduction, and poor heat conduction. Silicon typically conducts both very well, but by producing 50 nm nanowires, the heat conduction of silicon is reduced to one hundreth of its normal levels, while electrical conduction remains unchanged. The material is comparable to commercial thermoelectrics'. Er moet echter nog veel werk verzet worden. 'The physics behind why nanowires of silicon lose their heat conduction is not understood, which stands in the way of refining the efficiency of this class of devices. Further creating a thermoelectric on the macroscopic scale, by creating a network of nanowires, has yet to be accomplished. Still, the discovery of these properties in silicon promise a way to eventually use replace current less ideal thermoelectrics with an abundant material with a large processing infrastructure', zo vervolgt Yang. De resultaten van het onderzoek werden in Nature gepubliceerd.
