Un team di ricercatori giapponesi della Waseda University, Università di Osaka, e l'Università di Shizuoka hanno progettato e sviluppato con successo un generatore termoelettrico a nanofili di silicio che, con una differenza termica di soli 5 gradi C, potrebbe guidare autonomamente vari dispositivi IoT nel prossimo futuro.

Oggetti nella nostra vita quotidiana, come altoparlanti, frigoriferi, e anche automobili, stanno diventando giorno dopo giorno "più intelligenti" poiché si connettono a Internet e scambiano dati, creare l'Internet delle cose (IoT), una rete tra gli oggetti stessi. Verso una società basata sull'IoT, è previsto un generatore termoelettrico miniaturizzato per caricare questi oggetti, soprattutto per quelli che sono portatili e indossabili.

A causa di vantaggi come la sua conduttanza termica relativamente bassa ma elevata conduttanza elettrica, i nanofili di silicio sono emersi come un materiale termoelettrico promettente. Generatori termoelettrici a base di silicio impiegati convenzionalmente lunghi, nanofili di silicio di circa 10-100 nanometri, che sono stati sospesi su una cavità per interrompere il bypass della corrente di calore e garantire la differenza di temperatura attraverso i nanofili di silicio. Però, la struttura della cavità ha indebolito la resistenza meccanica dei dispositivi e aumentato il costo di fabbricazione.

Per affrontare questi problemi, un team di ricercatori giapponesi della Waseda University, Università di Osaka, e l'Università di Shizuoka hanno progettato e sviluppato con successo un nuovo generatore termoelettrico di nanofili di silicio, che ha dimostrato sperimentalmente un'elevata densità di potenza di 12 microwatt per 1 cm ² , abbastanza per pilotare sensori o realizzare comunicazioni wireless intermittenti, con una piccola differenza termica di soli .

"Poiché il nostro generatore utilizza la stessa tecnologia per produrre circuiti integrati a semiconduttore, il suo costo di lavorazione potrebbe essere ampiamente ridotto attraverso la produzione di massa, "dice il professor Takanobu Watanabe della Waseda University, il principale ricercatore di questo studio. "Anche, potrebbe aprire una strada a vari, dispositivi IoT a guida autonoma che utilizzano il calore ambientale e corporeo. Ad esempio, un giorno potrebbe essere possibile caricare il tuo smartwatch durante la corsa mattutina."

Il generatore termoelettrico di nuova concezione ha perso la struttura della cavità ma ha invece accorciato i nanofili di silicio a 0,25 nanometri, poiché le simulazioni hanno mostrato che le prestazioni termoelettriche sono migliorate riducendo al minimo il dispositivo. Il professor Watanabe spiega che, nonostante la sua nuova struttura, il nuovo generatore termoelettrico ha dimostrato la stessa densità di potenza dei dispositivi convenzionali. Più sorprendentemente, la resistenza termica è stata soppressa, e la densità di potenza moltiplicata per dieci volte assottigliando il substrato di silicio del generatore dai convenzionali 750 nanometri a 50 nanometri con la molatura sul retro.

Sebbene il team di ricerca dovrà migliorare la qualità del generatore per la generazione di energia stazionaria in varie condizioni, Il professor Watanabe spera che i risultati ottenuti in questo studio servano a supportare la tecnologia energetica nella società basata sull'IoT.