Phó giáo sư kỹ thuật cơ khí Đại
học Utah Mathieu Francoeur vừa khám phá ra một cách để sản xuất nhiều
điện hơn từ nhiệt so với trước đây người ta nghĩ với thiết bị truyền
nhiệt bức xạ cận trường của mình (Ảnh: Dan Hixson/Trường Kỹ thuật chế
tạo Đại học Utah)
Giới
hạn vật đen (được nhà vật lý học người Đức Max Planck định nghĩa vào
năm 1990) là một lý thuyết mô tả lượng năng lượng tối đa có thể được
sản sinh từ bức xạ nhiệt nhưnng khi các vật thể tiến đến rất, rất
gần, quy luật đó bị phá vỡ và sự truyền nhiệt từ một vật thể này
sang vật thể kia tăng theo cấp số mũ.
Do đó,
tóm lại, các vật thể càng gần thì việc truyền năng lượng càng tốt
nhưng khó khăn về mặt cơ học để giữ 2 vật thể này gần nhất có thể mà
không cho chúng thực sự tiếp xúc với nhau là một thách thức đáng kể.
Và đó là thách thức mà nhóm nghiên cứu tại Đại học Utah nhắm vào
với thiết bị truyền nhiệt bức xạ cận trường của mình.
Phó
giáo sư Mathieu Francoeur và nhóm của mình đã chế tạo một con chip nhỏ
xíu (kích thước 5 x 5 mm) bao gồm 2 tấm wafer silic với một khoảng cách
ổn định giữa chúng là 100 nanomet và được đặt trong chân không. Nhóm
sau đó làm nóng một tấm wafer trong khi làm lạnh tấm còn lại và việc
này đã tạo ra một dòng nhiệt có thể sử dụng để phát ra dòng điện.
Phương pháp sử dụng dòng nhiệt để phát điện này không hề mới nhưng
phương pháp mà nhóm phát triển để duy trì khoảng cách đồng đều rất
gần giữa 2 tấm wafer lại mới.
“Không ai có thể phát ra nhiều mức xạ hơn giới hạn vật đen. Nhưng khi
chúng ta tiến vào kích thước nano thì bạn có thể làm được”, Francoeur
nói.
Nhóm
đã nhìn thấy một loạt các ứng dụng cho thiết bị truyền nhiệt này.
Từ tản nhiệt các bộ xử lý trong máy tính và điện thoại di động (cải
thiện hiệu suất và tuổi thọ vận hành) cho tới việc biến nhiệt thải
thành điện để nâng cao thời lượng pin. Chip này còn có thể sử dụng để
cấp điện cho các công nghệ mà ở đó môi trường có sẵn nguồn nhiệt như
các thiết bị cấy ghép y tế. Và dĩ nhiên, lợi ích môi trường là rất
lớn đối với một công nghệ như thể này.
“Bạn
có thể đưa nhiệt trở lại hệ thống dưới dạng điện năng. Ngay lúc này,
chúng ta đang thải chúng vào khí quyển. Ví dụ, bạn sưởi ấm căn phòng
và sau đó bạn lại sử dụng máy điều hòa để làm mát căn phòng đó,
gây lãng phí thêm năng lượng”, Francoeur giải thích thêm.
LH
(New Atlas)