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22 Jan, 2024

Les progrès de la thermoélectricité pourraient alimenter l’Internet des objets

Les progrès de la thermoélectricité pourraient alimenter l’Internet des objets

Des chercheurs de l’université d’Osaka et des partenaires collaborateurs ont amélioré l’efficacité de la conversion de la chaleur en électricité dans les microstructures semi-conductrices d’arséniure de gallium. En alignant judicieusement les électrons dans un système bidimensionnel de gaz d’électrons avec plusieurs sous-bandes, il est possible d’améliorer considérablement le facteur de puissance par rapport aux itérations précédentes de systèmes analogues. Ce travail constitue une avancée importante dans la technologie thermoélectrique moderne et profitera à l’intégration globale de l’Internet des Objets.

(a) Sous-bande multiple dans un puits quantique triangulaire (TQW), (b) Sous-bande unique dans un puits quantique rectangulaire (RQW), et (c) taux expérimental d’amélioration du facteur de puissance thermoélectrique par rapport au taux théorique du 2DEG conventionnel (PF2D/3D)ex/(PF2D/3D)th. La valeur unitaire indique l’amélioration du facteur de puissance thermoélectrique du 2DEG conventionnel.

Des chercheurs de l’Université d’Osaka et leurs partenaires améliorent l’efficacité de la conversion thermoélectrique à partir d’un semi-conducteur, ce qui pourrait contribuer à optimiser l’efficacité et la durabilité de la transformation numérique mondiale.

Imaginez des feux rouges et des voitures qui communiquent entre eux pour optimiser la circulation. Ce n’est pas de la science-fiction : c’est l’Internet des Objets (IoT), c’est-à-dire des objets qui détectent leur environnement et réagissent via l’Internet. Alors que la population mondiale augmente et que ces technologies continuent de se développer, on peut se demander ce qui alimentera le monde numérique de demain.

Le vent, le soleil, oui. Mais un élément qui nous entoure ne nous vient pas immédiatement à l’esprit : la chaleur. Or, dans une étude récemment publiée dans Nature Communications, une équipe de recherche multi-institutionnelle comprenant l’université d’Osaka a dévoilé une percée dans le domaine de l’énergie propre : une conversion thermoélectrique grandement améliorée. L’une de ses nombreuses applications potentielles ? L’IoT.

L’intégration mondiale à grande échelle de l’IoT est limitée par l’absence d’une source d’énergie appropriée. En réalité, l’approvisionnement énergétique de l’IoT doit être local et à petite échelle. La miniaturisation de la conversion thermoélectrique peut contribuer à résoudre ce problème d’approvisionnement en énergie en utilisant la chaleur perdue de la microélectronique comme source d’électricité. Toutefois, pour les applications pratiques, l’efficacité de la conversion thermoélectrique actuelle est insuffisante. L’amélioration de cette efficacité était l’objectif de l’étude de l’équipe de recherche.

« Dans notre travail, nous démontrons un système de gaz d’électrons bidimensionnel (2DEG) avec des sous-bandes multiples qui utilise de l’arséniure de gallium. Ce système est différent des méthodes conventionnelles de conversion thermoélectrique », expliquent Yuto Uematsu et Yoshiaki Nakamura, auteur principal et auteur principal de l’étude. « Notre système facilite la conversion de la température (chaleur) en électricité et améliore la mobilité des électrons dans leur feuille 2D. Cela profite directement aux dispositifs quotidiens tels que les semi-conducteurs ».

Les chercheurs ont réussi à améliorer le facteur de puissance de la conversion thermoélectrique d’un facteur 4 par rapport aux systèmes 2DEG conventionnels. D’autres technologies, comme la diffusion résonnante, n’ont pas été aussi efficaces pour la conversion thermoélectrique.

Les résultats obtenus par l’équipe pourraient ouvrir la voie à une source d’énergie durable pour l’IoT. Des films thermoélectriques minces sur des substrats en arséniure de gallium conviendraient aux applications de l’IoT. Ils pourraient par exemple alimenter des systèmes de surveillance de l’environnement dans des lieux éloignés ou des dispositifs portables pour la surveillance médicale.

« Nous sommes ravis d’avoir développé les principes d’un processus essentiel à la production d’énergie propre et au développement d’un IoT durable », déclare Yoshiaki Nakamura, auteur principal de l’étude. « De plus, notre méthodologie peut être appliquée à n’importe quel matériau à base d’éléments ; les applications pratiques sont très vastes. »

Ces travaux constituent une avancée importante pour maximiser l’utilité de la production d’énergie thermoélectrique dans la microélectronique moderne et sont particulièrement adaptés à l’IoT. Comme les résultats ne se limitent pas à l’arséniure de gallium, d’autres avancées du système sont possibles, avec des avantages potentiels considérables pour la durabilité et l’IoT.

https://www.asiaresearchnews.com/content/advancement-thermoelectricity-could-light-internet-things

https://doi.org/10.1038/s41467-023-44165-3