Technologie erntet Energie von Geräten und wandelt Abwärme um
Unzählige dicht gepackte Transistoren geben viel Wärme ab, was die Funktion des Chips behindert. Daher wird es immer wichtiger, Möglichkeiten zur Steuerung des Wärmeflusses zu finden, insbesondere bei kristallinen Materialien wie Silizium, auf denen die meisten Geräte basieren. Die Wärme- bzw. Schwingungsenergie von Atomen, die in einem Kristallgitter oszillieren, wird von Phononen verkörpert, dem Teilchenäquivalent der entstehenden mechanischen Welle. Die Steuerung von Phononen ermöglicht also die Steuerung des Wärmetransports, und hier setzt das EU-geförderte Projekt MERGING(öffnet in neuem Fenster) (Membrane-based phononic engineering for energy harvesting) an. Der Fokus lag auf Silizium-kompatiblen Materialien und Technologien. Die Wissenschaftler entwickeln einen thermoelektrischen Generator (TEG), der Abwärme in Elektrizität umwandeln kann, um so die Leistungsanforderungen der immer stromhungrigeren Mikroelektronik auszugleichen und gleichzeitig den Wärmeaufbau zu minimieren. Der TEG enthält einen maßgeschneiderten Stromkreis zur Erhöhung der Niederspannungserzeugung, der erfolgreich im Labor getestet wurde. Das Team entwickelte fortschrittliche Techniken, und maß mit diesen die thermischen Eigenschaften von Membranen und Dünnschichten. Sie führten eine umfangreiche theoretische Prüfung der thermischen Energietransport. Ein neues neurales Netzwerkmodell, das die Schwingungseigenschaften von nanostrukturiertem Germanium-Mangan reproduziert, wird die Entwicklungsarbeit unterstützen. Das Team stellte abschließend Silizium- und Germaniummembranen mit phononischen Kristallen her und demonstrierte den Effekt dieser Kristalle auf die Phononverteilung und die thermischen Eigenschaften der Membranen. Die Forscher stellten die Ergebnisse bei 90 internationalen Konferenzen, Vorträgen und Posterpräsentationen vor. Darüber hinaus veröffentlichten sie 19 Peer-Review-Artikel. MERGING wird wichtige Auswirkungen auf die Energienutzung und Energiekontrolle in den Informations- und Kommunikationstechnologien haben. Von der Optimierung der im Labormaßstab vorhandenen Technologie mithilfe autonomer und integrierter Sensoren könnten schließlich auch weitere Sektoren wie Umwelt- und Gesundheitswesen profitieren. Die Möglichkeit, Niedrigenergiegeräte wie etwa für das Internet der Dinge mit Strom zu versorgen, kommt der Realisierung immer näher.
Schlüsselbegriffe
Abwärme, Phonone, MERGING, Energieernte, thermoelektrisches Generatormodul
