Normalde elektrik enerjisinden ısı elde etmek kolaydır. Fakat bunun tersi yani ısıdan elektrik üretmek hiç de kolay değildir. Sandia National Laboratuvarları’ndan bilim insanları atık ısıdan DC elektrik elde edebilen minik silikon tabanlı bir cihaz geliştirdi. Araştırma Physical Review dergisinde yayınlandı.
“Yeni geliştirdiğimiz metot sayesinde atık ısıdan enerjiyi geri kazanmak mümkün. Araba motorları büyük ölçüde atık ısı üretir değil mi? İşte bu atık ısıyı hibrit araçlar için elektriğe dönüştürdüğümüzü düşünün. Bu yönde ilk adımı atsak da, halen yapılması gereken çok şey var,” diyor araştırmadaki baş araştırmacı Fizikçi Paul Davids. “Kısa vadede, radyoizotop termoelektrik jeneratörlerinin yerine küçük bir kızılötesi güç kaynağı üretmek istiyoruz.
RTG adı verilen jeneratörler uzay seyahatleri gibi seyahatlerde güneş panellerinden verim alınmadığı zamandan sensörlere güç vermek için kullanılabilir,” diyor Davids.
Doğada Bol Bulunan Malzemeler Kullanılıyor
Davids’in cihazı alüminyum, silisyum ve silisyum dioksit gibi yaygın bulunan maddelerin sıra dışı kombinasyonları ile elde edilebiliyor. Küçük çividen daha küçük olan bu cihaz 1/8 inç* 1/8 inç büyüklüğünde ve bir çeyrekliğin yarısı kalınlığında ve parlaklığında.
Üstündeki alüminyum ise insan saçından 20 kat daha küçük şeritler halinde yer alıyor. İşte bu anten kızılötesi radyasyonu yakalıyor. Alüminyum üst ve silisyum alt arasında çok ince bir silisyum dioksit tabakası yer alıyor. Bu tabaka sadece 20 silisyum atomu kalınlığında yani insan saçından 16,000 kat daha ince. Alüminyum anten üzerindeki bu desen kızılötesi radyasyonu kanallıyor. Kızılötesi radyasyon silisyum dioksit içinde hapsolarak, çok hızlı elektriksel salınımlar oluşturur. Silikon dioksit içinde tutulan kızılötesi ışınım, saniyede 50 trilyon kere çok hızlı elektriksel salınımlar oluşturur.
Bu, elektronları alüminyum ve silikon arasındaki asimetrik bir şekilde ileri geri iter. Düzeltme (rektifikasyon) adı verilen bu proseste net DC elektrik akımı üretir. Ekip, cihazını bir kızılötesi rektenna, bir rektifiye anteni portesi olarak adlandırıyor. Bu katı hal cihazı hareketli hiçbir kısma sahip olmadığından bükülme kırılma problemi yaratmıyor. Ayrıca doğrudan ısı kaynağına dokunmadığından termal strese de maruz kalmıyor.
Ekip, entegre devre endüstrisinin kullandığı aynı proseslerle kızılötesi rectenna’yı (anten gibi) kullandığı için, üretim oldukça ve ölçeklenebilir, diyor elektrik mühendisi Joshua Shank. Üretimde karşılaşılan en büyük zorluk ise silisyum malzemeyi ayna gibi parlak hale getirmek oldu. Physical Review Applied dergisinde yayınlanan araştırmada kullanılan kızılötesi anten yani rectenna santimetrekare başına 8 nanowatt üretiyor. Fiziksel İnceleme Uygulamasında bildirilen ekibin kızılötesi rektenna versiyonu, 840 derecelik özel bir ısı lambasından santimetre kare başına 8 nanowatt güç üretiyor.
Bağlam için, tipik bir güneş enerjili hesap makinesi yaklaşık 5 mikrowat kullanıyor, bu yüzden bir hesap makinesine güç sağlamak için standart bir kağıt parçasından biraz daha büyük bir kızılötesi rectennas sayfasına ihtiyaç duyacaklar. Böylece, ekibin kızılötesi rektenna daha verimli hale getirmek için gelecekteki iyileştirmeler için birçok fikirleri vardır. Örnek verilirse, basit bir güneş enerjili hesap makinesi 5 mikrowatt kullanıyor , kızılötesi rektenna yaprağı ise kağıttan sadece biraz daha kalın. Araştırmacılar rektennaların önümüzdeki 5 yıl içinde RTG’lere rakip olacağını düşünüyorlar.
