A to za sprawą przedstawicieli NIST (National Institute of Standards and Technology) w Stanach Zjednoczonych. Na czele zespołu zajmującego się badaniami w tej sprawie stanęła Kris Bertness, która wraz z innymi naukowcami postanowiła osadzić setki tysięcy mikroskopijnych kolumn azotku galu na waflu krzemowym.
Czytaj też: Miłośnicy elektryków będą w siódmym niebie. Ten akumulator wytrzyma wszystko
Warstwy krzemu zostały następnie usunięte, by w pewnym momencie pozostawić jedynie cienki arkusz materiału. O kulisach realizowanego projektu jego autorzy piszą w publikacji zamieszczonej na łamach Advanced Materials. Podstawą funkcjonowania całej koncepcji są interakcje zachodzące między filarami a arkuszem krzemu, co przekłada się na spowolnienie transportu ciepła w krzemie. To z kolei pozwala na konwersję większej ilości ciepła w elektryczność.
Ciepło odpadowe jest niezwykle powszechnie spotykane, lecz rzadko kiedy zostaje ono wykorzystane. W efekcie dochodzi do poważnych strat, których można byłoby uniknąć, gdyby tylko istniały wydajne sposoby odzyskiwania takiego ciepła poprzez przekształcanie go w energię elektryczną. Arkusze zaprojektowane przez naukowców ze Stanów Zjednoczonych mogłyby być na przykład owijane wokół rur ciepłowniczych. Produkowana w takich okolicznościach energia mogłaby zasilać mobilne urządzenia, chłodzić układy komputerowe albo trafiać do sieci energetycznych.
Jak odnotował w XIX wieku Thomas Seebeck, kiedy dwa złącza łączące przewody utrzymywano w różnych temperaturach, igła pobliskiego kompasu ulegała odchyleniu. Z czasem okazało się, iż było to pokłosiem różnicy temperatur, która prowadziła do indukowania napięcia między dwoma regionami. Prąd przepływał wtedy z cieplejszego obszaru do chłodniejszego, wytwarzając jednocześnie pole magnetyczne wpływające na igłę kompasu.
Energia elektrycznego mogłaby produkowana dzięki konwersji ciepła odpadowego, co jest znaną już koncepcją
Chcąc wykorzystać to zjawisko do przekształcania ciepła w elektryczność musielibyśmy mieć materiał słabo przewodzący ciepło, co pozwoliłoby utrzymać różnicę temperatur między dwoma obszarami. Z drugiej strony, konieczne byłoby też wydajne przewodzenie prądu, aby utrzymać zadowalającą wydajność konwersji. Problem polega na tym, że zazwyczaj słaby przewodnik ciepła słabo radzi sobie też z przewodzeniem elektryczności. I odwrotnie.
Czytaj też: Spawanie elektronowe w budowie turbin wiatrowych? Brytyjczycy dokonali historycznego wyczynu
Klucz do sukcesu okazał się ukrywać w nanosłupkach, za sprawą których oddzielono przewodnictwo cieplne od przewodnictwa elektrycznego w arkuszu krzemu. W konsekwencji doszło do obniżenia przewodności cieplnej arkusza krzemu o 21%, bez jednoczesnego wpływania na jego przewodność elektryczną. Wśród obecnych planów członkowie zespołu badawczego wymieniają opracowanie struktur wykonanych w pełni z krzemu, które byłyby jeszcze lepiej przystosowane do odzyskiwania ciepła.