Sản xuất nhiệt điện bằng sợi nano silic

Rất nhiều công trình nghiên cứu hướng đến việc sản xuất sợi nano bán dẫn dùng trong các thiết bị điện cần thiết cho nhiều lĩnh vực như năng lượng, điện, y tế, … Tuy nhieen, phương pháp tổng hợp thường tương đối phức tạp, khá “đắt đỏ” và rất khó đưa vào áp dụng với số lượng lớn trong sản xuất công nghiệp.

Một nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Berkeley (California) vừa đề xuất một phương pháp khá thú vị để tạo ra sợi nano silic bằng phương pháp “điện giải”. Đó là cơ chế khá quen thuộc của các nhà điện hoá cho phép hòa tan và để lắng vật liệu bằng phương pháp điện hóa mà người ta không đặt một dòng điện từ bên ngoài tạo ra phản ứng oxi hóa-khử tự động ở ngay trong dung dịch. Trong trường hợp trên có sự dịch chuyển kích thích bằng dòng điện một chiều từ silic dẫn đến giảm bớt ion trên bề mặt khuôn mẫu. Phương pháp này đơn giản chỉ cần nhúng một tấm silic thẳng hàng vuông góc với tấm silic kia. Đường kính các sợi silic dao động từ 20-30nm (nanomét), nét đặc trưng của sợi nano này thể hiện ở chỗ là có vách ngoài tương đối sần sùi, trái với những gì người ta thu được bằng những phương pháp sản xuất khác.

Nét đặc trưng đó gây rất nhiều chú ý vì sợi nano silic đặc biệt này là nguồn gốc củng cố quan trọng (nhân tố thứ 100) trong tính chất nhiệt điện của sợi nano. Thật vậy, tính dẫn điện tốt gần bằng so với các sợi đang được sử dụng, khi đó tính dẫn nhiệt của chúng giảm mạnh đến gần bằng nhiệt độ môi trường, có thể áp dụng kết quả trên để nâng cao mạnh mẽ giá trị hiệu năng trong sản xuất nhiệt điện. Mặc dù nguồn gốc của hiệu ứng trên vẫn chưa được hiểu cặn kẽ hoàn toàn nhưng người ta thu được vật liệu dễ chế biến bởi phương pháp trên và cuối cùng là vật liệu đó đủ rẻ để có thể khai thác dùng cho ngành năng lượng nhiệt điện.

Hiệu năng trao đổi nhiệt điện được đo bởi những nhà nghiên cứu của đại học Berkeley vẫn còn chưa làm họ hài lòng, nhưng họ nghĩ rằng có thể áp dụng điều đó một cách lạc quan trên nhiều nhân tố, ví dụ như đường kính của dây nano (có thể giảm đến dưới 50nm), độ sần sùi của bề mặt dây đó, hay sự thêm chất hoạt hoá silic.

Ảnh chụp hiển vi điện tử quét linh kiện dùng để xác định tính chất nhiệt điện của dây nano
(Ảnh: Akram I. Boukai et al. Nature 451 168).