POSTECH снизил теплопроводность кремния на 70% для термогенерации
Южнокорейский университет POSTECH сообщил о способе эффективнее превращать низкопотенциальное тепло в электричество с помощью кремния. Исследователи заменили сплошные кремниевые нанопроводы на полые нанотрубки и добились заметного снижения теплопроводности, то есть уменьшили утечку тепла через материал. Для термоэлектрики это базовый параметр: чем хуже материал проводит тепло при сохранении электрических свойств, тем выше шанс снять с него полезную энергию.
В лабораторных тестах теплопроводность полых нанотрубок оказалась на 70% ниже, чем у сплошных структур. Даже при одинаковой площади поверхности разница составила около 33%. Авторы связывают эффект с локализацией фононов: колебания решетки, которые переносят тепло в твердом теле, в такой геометрии распространяются хуже и часть энергии дольше остается внутри структуры.
Отдельный результат в этой работе связан с температурой. Подобные эффекты обычно обсуждают для сложных материалов или для режимов, далеких от комнатных условий, а группа POSTECH заявляет о проявлении механизма в относительно простой кремниевой архитектуре при комнатной температуре. Это важно для прикладных сценариев, где нет места криогенным установкам и дорогим экзотическим сплавам.
Практический интерес понятен по цифрам. По оценке Международного энергетического агентства, дата-центры в 2026 году могут потребить свыше 1 тыс. ТВт·ч электроэнергии, заметная часть которой уходит в тепло. В электромобилях проблема скромнее по масштабу, но постоянна по природе: инверторы, батареи и силовая электроника выделяют тепло, которое обычно просто рассеивается через системы охлаждения.
Сейчас в термоэлектрических устройствах часто используют соединения на основе висмута и теллура, прежде всего Bi2Te3. Они хорошо изучены, но дороги, зависят от менее массового сырья и хуже сочетаются с привычными кремниевыми производственными линиями. Если подход POSTECH удастся масштабировать без потери электрических характеристик и ресурса, у отрасли появится более совместимый вариант для серверов, автомобильной электроники и промышленных датчиков с автономным питанием.
Коммерческая перспектива будет зависеть не только от рекордного падения теплопроводности, а от итогового термоэлектрического КПД на готовом устройстве. Именно на этом этапе обычно отсеиваются многие лабораторные разработки: материал выглядит убедительно в статье, а в модуле проигрывает по цене, стабильности и выходной мощности. Тем не менее рынок термоэлектрических генераторов уже измеряется миллиардами долларов, и спрос на утилизацию «лишнего» тепла в вычислительной инфраструктуре в ближайшие годы будет только расти.
