Ein Team der König-Abdullah-Universität für Wissenschaft und Technologie KAUST in Saudi-Arabien hat ein Gerät entwickelt, das neben Abwärme aus industriellen Prozessen auch Infrarotstrahlung zur Stromerzeugung verwendet.
Das Gerät wandelt dazu Quadrillionstel-Sekunden-Wellensignale in Nutzstrom um.
Wissenschaftler weisen darauf hin, dass Infrarotwärme 24 Stunden am Tag gewonnen werden kann. Eine Methode, um dies zu erreichen, besteht darin, Abfall oder Infrarotwärme als hochfrequente elektromagnetische Wellen zu behandeln. Mit Antennen, die richtig ausgelegt sind, werden gesammelte Wellen an einen Gleichrichter gesendet, oft eine Halbleiterdiode, die Wechselsignale in elektrischen Strom umwandelt.
„Es gibt keine kommerzielle Diode auf der Welt, die mit einer so hohen Frequenz arbeiten kann.“
Die Umsetzung dieser Rectenna-Designs war bisher schwierig, da Infrarotemissionen sehr kleine Wellenlängen haben, so das KAUST-Forscherteam. sagte .
Infrarotemissionen erfordern auch mikro- oder nanoskalige Antennen, die schwer herzustellen und zu testen sind. Außerdem schwingen Infrarotwellen erheblich schneller, als ein typischer Halbleiter Elektronen durch seinen Übergang bewegen kann.
„Es gibt keine kommerzielle Diode auf der Welt, die mit einer so hohen Frequenz arbeiten kann“ ScienceDirect zitierte den Projektleiter Atif Shamim mit den Worten: „Deshalb haben wir uns dem Quantentunneling zugewandt.“
Alternative zur Ökostromerzeugung
Energiegewinnung aus erneuerbaren Quellen ist eine vielversprechende Alternative für eine nachhaltige und saubere Stromerzeugung, betonten die Forscher in der Papier .
Die konventionelle Photovoltaik-Technologie gewinnt Energie nur aus dem sichtbaren Bereich des Spektrums und lässt den Infrarotbereich völlig ungenutzt. Ungefähr 80 Prozent t Sonnenstrahlung wird von der Atmosphäre und der Erdoberfläche absorbiert. Diese Wellen werden dann als Strahlung im mittleren Infrarot, das Papier, wieder emittiert. sagte .
Die anderen Quellen für IR-Emissionen sind Metallerwärmung, Flüssigkeitserwärmung, Dampferzeugung, Wärmebehandlung und Agglomeration. Die Temperatur für diese Prozesse schwankt zwischen 250 K und 1500 K, und die entsprechenden Wellenlängen variieren im mittleren Infrarot.
Kann mit Hochfrequenzsignalen umgehen
Tunnelbauelemente wie Metall-Isolator-Metall MIM -Dioden wandeln Infrarotwellen in Strom um, indem sie Elektronen durch eine kleine Wand bewegen. Papier . MIM-Dioden können Hochfrequenzsignale in der Größenordnung von Femtosekunden verarbeiten, da diese Barriere nur einen Nanometer dick ist.
Das Team verwendete eine bogenförmige Nanoantenne, die den Isolatorfilm zwischen zwei übereinander gehenden Metallarmen hielt, um die für den Tunnelbau erforderlichen Felder zu erzeugen. “Der schwierigste Teil war die nanoskalige Überlappung der beiden Antennenarme, was eine sehr genaue Ausrichtung erforderte “, sagte der Postdoktorand Gaurav Jayaswal. der Ingenieur .
„Trotzdem haben wir diesen Schritt erreicht, indem wir clevere Tricks mit den fortschrittlichen Werkzeugen in der Nanofabrikationsanlage von KAUST kombiniert haben.“
Die neue MIM-Diode könnte die Infrarotwellen mit einer angelegten Spannung von Null abfangen, indem Metalle mit unterschiedlichen Austrittsarbeitsfunktionen ausgewählt werden, eine passive Funktion, die das Gerät nach Angaben der Forscher bei Bedarf einschaltet.
Die Fliege konnte Energie ausschließlich aus der Strahlung und nicht aus thermischen Effekten gewinnen. Experimente mit Infrarotbelastung konnten dies nachweisen.
Die Forscher haben bemerkt, dass dies nur der "Anfang - ein Proof of Concept" ist und dass Millionen solcher Geräte angeschlossen sein könnten, um die gesamte Stromerzeugung anzukurbeln.
Via : KAUST Discovery , ScienceDirect