تخيل أن إشارات التوقف والسيارات تتواصل مع بعضها البعض لتحسين تدفق حركة المرور. هذا ليس خيالًا علميًا، بل هو إنترنت الأشياء (IoT)، أي الأشياء التي تستشعر محيطها وتستجيب عبر الإنترنت، ومع ارتفاع عدد سكان العالم واستمرار تطور مثل هذه التقنيات، قد تتساءل: ما الذي سيدعم هذا العالم الرقمي في المستقبل؟
الرياح، الطاقة الشمسية، نعم، ومع ذلك، هناك شيء ما من حولنا قد لا يتبادر إلى ذهننا على الفور: الحرارة، الآن، في دراسة نشرت مؤخرا كشف فريق بحث متعدد المؤسسات، عن إنجاز كبير في مجال الطاقة النظيفة: تحسين التحويل الحراري إلى حد كبير، واحدة من العديد من التطبيقات المحتملة؟ هذا صحيح، إنترنت الأشياء.
التكامل العالمي واسع النطاق لإنترنت الأشياء محدود بسبب عدم وجود إمدادات مناسبة من الطاقة.
ومن الناحية الواقعية، يجب أن تكون إمدادات الطاقة لإنترنت الأشياء محلية وصغيرة الحجم. يمكن أن يساعد تصغير التحويل الكهروحراري في حل مشكلة إمدادات الطاقة هذه عن طريق استخدام الحرارة المهدرة من الإلكترونيات الدقيقة كمصدر للكهرباء، ومع ذلك، بالنسبة للتطبيقات العملية، فإن كفاءة تحويل الطاقة الحرارية الكهربائية الحالية غير كافية، وكان تحسين هذه الكفاءة هو هدف دراسة فريق البحث.
تحسين عامل الطاقة للتحويل الحراري الكهربائي
يوضح يوتو يوماتسو ويوشياكي ناكامورا، المؤلفان الرئيسيان وكبار المؤلفين: “في عملنا، نعرض نظام غاز الإلكترون ثنائي الأبعاد (2DEG) مع نطاقات فرعية متعددة تستخدم زرنيخيد الغاليوم، ويختلف النظام عن الطرق التقليدية للتحويل الكهروحراري”، “يسهل نظامنا التحويل بشكل أفضل من درجة الحرارة (الحرارة) إلى الكهرباء ويحسن حركة الإلكترونات في صفائحها ثنائية الأبعاد، وهذا يفيد بسهولة الأجهزة اليومية مثل أشباه الموصلات.”
بشكل لا يصدق، تمكن الباحثون من تحسين عامل الطاقة للتحويل الحراري الكهربائي بعامل 4 مقارنة بأنظمة 2DEG التقليدية، لم تكن التقنيات الأخرى، مثل تشتت الرنين، فعالة في التحويل الكهروحراري .
يمكن أن تفتح النتائج التي توصل إليها الفريق في البحث الذي تم نشره في مجلة Nature Communications ، الطريق أمام مصدر طاقة مستدام لإنترنت الأشياء.
ستكون الأفلام الكهروحرارية الرقيقة الموجودة على ركائز مصنوعة من زرنيخيد الغاليوم مناسبة لتطبيقات إنترنت الأشياء،
على سبيل المثال، يمكنها تشغيل أنظمة المراقبة البيئية في المواقع النائية أو الأجهزة القابلة للارتداء للمراقبة الطبية.
تعظيم فائدة توليد الطاقة الحرارية في الإلكترونيات
يقول يوشياكي ناكامورا، كبير المؤلفين: “نحن متحمسون لأننا توسعنا في مبادئ العملية التي تعتبر حاسمة بالنسبة للطاقة النظيفة وتطوير إنترنت الأشياء المستدام”، “والأكثر من ذلك، يمكن تطبيق منهجيتنا على أي مادة قائمة على العناصر؛ والتطبيقات العملية بعيدة المدى.”
يعد هذا العمل خطوة مهمة إلى الأمام في تعظيم فائدة توليد الطاقة الحرارية في الإلكترونيات الدقيقة الحديثة وهو مناسب بشكل خاص لإنترنت الأشياء، وبما أن النتائج لا تقتصر على زرنيخيد الغاليوم، فمن الممكن إجراء المزيد من التحسينات على النظام، مع احتمال الاستفادة بشكل كبير من الاستدامة وإنترنت الأشياء.
