26/11/2018
Door Ad Spijkers
Wetenschappers van het Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung (IFW) in Dresden hebben de productie van thermo-elektrische componenten duidelijk verbeterd, zodat ze snel, betrouwbaar en in microchips te integreren zijn.
Thermo-elektrische materialen kunnen warmte omzetten in elektrische energie of omgekeerd als milieuvriendelijke koelelementen worden gebruikt. In veel processen in het dagelijks leven en in de industrie treedt energieverlies in de vorm van warmteverlies op, die door thermo-elektrische generatoren kan worden omgezet in elektrische Energie. Daarmee komt ook een extra stroombron in deze systemen beschikbaar.
Nog een aantrekkelijk toepassingsgebied van thermo-elektrische materialen is de koeling van micro-elektronica componenten, bijvoorbeeld in processoren of bij warmtemanagement in orgaanimplantaten. Hiertoe moeten thermo-elektrische generatoren compatibel zijn met de systemen van de moderne micro-elektronica. Bovendien moet het productieproces zijn te integreren in de gevestigde processen in de chipsproductie. Dit alles is moeilijk gebleken, zodat een brede toepassing van microthermo-elektrische componenten tot nu toe niet is gelukt.
Technologie
Onderzoekers van het IFW hebben een veelbelovend voorschot genomen. Ze voegden in het afzettingsproces van de thermo-elektrische bismut-tellurium-verbinding een beslissende vernieuwing door. Door een extra goudelektrolietbad direct na de laagafzetting ontstaat een beschermende goudlaag op de thermo-elektrische componenten. Dit grensvlak vermindert de weerstand tussen het thermo-elektrische materiaal en de contactlaag aanzienlijk, wat een positief effect heeft op het rendement en de functionele stabiliteit op lange termijn.
De op deze manier geproduceerde microthermo-elektrische componenten hebben zeer snelle reactietijden van slechts een microseconde en een betrouwbaarheid van meer dan tien miljoen cycli en een over meer dan dertig dagen stabiel koelvermogen. De verbetering van deze karakteristiek vormt een belangrijke stap naar een brede toepassing van thermo-elektrische componenten.