Исследователи из университета ПОСТЭЧ в Южной Корее разработали новую технологию, которая значительно повышает эффективность преобразования тепловой энергии, бесполезно рассеивающейся в окружающей среде, в электрический ток. Ожидается, что это открытие станет революционным шагом в повышении энергоэффективности центров обработки данных с AI, промышленных предприятий и электромобилей. Об этом сообщает Иксбт.ком сообщает в своем материале.
В основе новой разработки лежит необычная структура кремния. В отличие от традиционных сплошных кремниевых нанопризм, ученые создали полые кремниевые нанотрубки. Было доказано, что такая структура гораздо эффективнее удерживает тепло. Согласно результатам исследования, теплопроводность таких нанотрубок оказалась на 70% ниже, чем у сплошных структур.
Локализация фононов: как работает технология?
В данном процессе решающую роль играет эффект локализации фононов — квазичастиц, переносящих тепло в твердых телах. Если в обычном кремнии тепло распространяется относительно свободно, то в полых нанотрубках часть тепловой энергии «запирается» внутри структуры и распространяется гораздо медленнее. Это создает идеальные условия для термоэлектрических систем, преобразующих тепло в электричество.
Ранее считалось, что достичь такого эффекта в простых структурах при комнатной температуре практически невозможно. Однако корейским ученым удалось добиться этого с помощью относительно простой конструкции. Это открывает возможность переноса технологии из лабораторных условий в реальное производство.
Одним из важнейших преимуществ разработки является использование обычного кремния вместо редких и дорогостоящих элементов, таких как висмут и теллур, которые традиционно применяются в термоэлектрических системах. Дешевизна этого материала и его широкое распространение в промышленности резко снижают стоимость технологии.
Значение для промышленности и АИ-инфраструктуры
В настоящее время серверы, поддерживающие ChatGPT и другие крупные языковые модели, выделяют огромное количество тепла. Преобразование этого «потерянного» тепла обратно в электричество позволит сократить расходы дата-центров на охлаждение и повысить общую эффективность. Кроме того, рекуперация энергии, возникающей при нагреве аккумулятора и двигателя в электромобилях, может способствовать увеличению запаса хода (ранге).
Авторы исследования отмечают, что новый метод полностью совместим с существующими технологиями производства микросхем. Это ускорит появление в ближайшем будущем модулей, преобразующих избыточное тепло в полезную энергию, в «умных» устройствах и промышленном оборудовании.