بهبود بازده تبديل انرژي حالت جامد با استفاده از نانوساختارهاي ترموالكتريك

فناوري هاي تبديل انرژي حالت جامد مانند سرماسازي و توليد توان ترموالكتريك، نيازمند موادي است كه داراي رسانايي حرارتي پايين و در عين حال رسانايي الكتريكي و ضريب سيبك بالا باشند. با اينكه نيمه رساناها بهترين مواد ترموالكتريك هستند، ولي در نيمه رساناهاي معمولي به ندرت اين ويژگي ها يافت مي شود. نانوساختارها از قبيل ابرشبكه ها، تارهاي كوانتومي و نقطه هاي كوانتومي روش هاي جديدي را براي بهبود بازده تبديل انرژي حالت جامد از طريق مهندسي انتقال الكترون و فونون فراهم مي كنند. در اين تحقيق، يك ابر شبكۀ نيمه رسانا متشكل از نانولايه هاي متناوب سيليكون و ژرمانيوم بررسي شده است. انتقال حرارت رسانايي در اين نانوساختار با توجه به اثرات مقياس نانو، از قانون فوريه پيروي نمي كند. معادلۀ انتقال تشعشعي فونون ها به صورت عددي حل شده است و در نهايت كاهش ضريب رسانايي حرارتي نسبت به ساختار مشابه با ابعاد معمولي نشان داده شده است. نتايج نشان مي دهد كه با ثابت نگه داشتن نسبت ضخامت لايه ها، هرچه ضخامت لايه ها در ابرشبكه كوچك تر شود، پرش دما در فصول مشترك بيشتر شده و در نتيجه ضريب رسانايي حرارتي مؤثر كاهش بيشتري مي يابد كه در نهايت به بهبود خواص ترموالكتريك مي انجامد. نتايج نشان مي دهد كه ضريب رسانايي حرارتي مؤثر تابعي از دانسيتۀ مرزهاي مشترك بر واحد طول ابرشبكه است.