An der TU Wien wurde ein neues thermoelektrisches Material entwickelt, das die Leitf\u00e4higkeit vergleichbarer Materialien um mehr als 100 Prozent \u00fcbersteigt. Das Material kann verwendet werden, um kleine Sensoren oder Computerprozessoren kabellos mit Energie zu versorgen. Ben\u00f6tigt werden diese zum Beispiel im Internet der Dinge und in gro\u00dfen Produktionsanlagen mit dynamisch interagierenden Maschinen.<\/p>\n
Thermoelektrisches Material kann W\u00e4rme zur Stromerzeugung nutzen. Voraussetzung daf\u00fcr ist, dass zwischen den beiden Enden des Materials ein Temperaturunterschied besteht. Man spricht dabei vom Seebeck-Effekt. Dieser bef\u00e4higt thermoelektronisches Material zum Beispiel zur Stromversorgung von autarken Sensornetzwerken mit drahtloser Daten\u00fcbertragung.<\/p>\n
Problematisch war bisweilen die geringe Temperaturdifferenz herk\u00f6mmlicher thermoelektrischer Materialien, die bei einem ZT-Wert von maximal 2,5 bis 2,8 lag.<\/p>\n
Ernst Bauer vom Christian Doppler Labor<\/em> f\u00fcr Thermoelektrizit\u00e4t<\/em> <\/a>an der TU Wien<\/a> konnte den ZT-Wert jetzt mit einer vollkommen neuen Materialtechnologie auf f\u00fcnf bis sechs verdoppeln. Er verwendete eine Mischung aus Eisen, Vanadium, Wolfram und Aluminium und trug diese in einer d\u00fcnnen Schicht auf einen Silizium-Kristall auf.<\/p>\n Bauer forscht seit 2013 an verschiedenen thermoelektrischen Materialien f\u00fcr verschiedene Einsatzzwecke. Er wei\u00df, dass die Schwierigkeit der Materialentwicklung an den widerspr\u00fcchlichen Anforderungen liegt, die an das Material gestellt werden. Dieses soll den elektrischen Strom gut leiten, aber die W\u00e4rme schlecht transportieren. Gew\u00f6hnlich stehen die beiden Eigenschaften aber in engem Zusammenhang.<\/p>\n Die Effizienz seiner neuen Materialtechnologie entwickelt sich erst im Aufbringen auf Silizium. Die Atome in den einzelnen Materialien sind streng nach einem fl\u00e4chenzentrierten kubischen Gitter angeordnet und der Abstand zwischen den Atomen ist immer gleich gro\u00df. Diese Struktur ver\u00e4ndert sich im Aufbringen auf Silizium radikal. Das Muster bleibt zwar das gleiche, zeigt aber eine raumzentrierte Anordnung. Woraus sich eine v\u00f6llig zuf\u00e4llige Verteilung der einzelnen Atomsorten ergibt.<\/p>\n Durch diese Mischung aus Regelm\u00e4\u00dfigkeit und Unregelm\u00e4\u00dfigkeit der Anordnung ergibt sich auch eine ver\u00e4nderte elektronische Struktur. Dadurch bewegen sich die Elektronen im Festk\u00f6rper anders und sind von Streuprozessen gesch\u00fctzt. So ist der geringe elektrische Widerstand zu erkl\u00e4ren.<\/p>\n Die d\u00fcnne Schicht kann keine hohen Energiemengen generieren, ist aber extrem kompakt und anpassungsf\u00e4hig. Als solches eignet sie sich f\u00fcr die kabellose Energieversorgung f\u00fcr kleine Sensoren und kleine elektronische Anwendungen. Im Internet der Dinge werden verschiedenste Ger\u00e4te online miteinander verkn\u00fcpft, um ihr Verhalten zu automatisieren und aufeinander abzustimmen. Die gro\u00dfe Zahl an Sensoren zu verkabeln, w\u00e4re unm\u00f6glich.<\/p>\n Das thermoelektrische Material nutzt die Abw\u00e4rme einer Maschine und erm\u00f6glicht den Sensoren so, sich selbst mit Energie versorgen. Zus\u00e4tzlich kann ein kleiner Prozessor betrieben werden, der die Daten auswertet und dann per WLAN zur zentralen Steuereinheit schickt.<\/p>\n Originalpublikation<\/strong><\/p>\n B. Hinterleitner et al., Thermoelectric performance of a metastable thin-film Heusler alloy, Nature (2019)<\/a><\/p>\n <\/p>\n Auch interessant:<\/strong><\/p>\n E-Auto-Batterien bis zu zehn Prozent kleiner<\/a><\/p>\n Durchbruch in Sensor- und Navigationstechnologie dank Graphen m\u00f6glich<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" An der TU Wien wurde ein neues thermoelektrisches Material entwickelt, das die Leitf\u00e4higkeit vergleichbarer Materialien um mehr als 100 Prozent \u00fcbersteigt. Das Material kann verwendet werden, um kleine Sensoren oder Computerprozessoren kabellos mit Energie zu versorgen. Ben\u00f6tigt werden diese zum Beispiel im Internet der Dinge und in gro\u00dfen Produktionsanlagen mit dynamisch interagierenden Maschinen. 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