Nano aus der Mikrowelle

Im „Center for Nanointegration Duisburg-Essen“ (CeNIDE), ist es erstmals gelungen, effiziente Nanomaterialien aus äußerst homogener Silizium-Germanium-Legierung aus der Gasphase zu synthetisieren.

Die Nanomaterialien weisen eine extrem niedrige Wärmeleitfähigkeit und gleichzeitig eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf (Effizienzfaktor ZT) – ein ideales Material für den Einsatz in der Thermoelektrik. Verwendet wurden seit ungefähr zehn Jahren nanoskalige Materialien, insbesondere Nano-Silizium, das aufgrund seiner größeren inneren Oberfläche in verarbeiteter Form eine deutlich schlechtere Wärmeleitfähigkeit als Bulk-Silizium aufweist. Das Germanium verringert die Wärmeleitfähigkeit zusätzlich, indem es die harmonische Gitterschwingung des Siliziumkristalls stört. Bei der klassischen Herstellung von Nanomaterialien für Thermogeneratoren wird zunächst ein Polykristall aus Silizium und Germanium hergestellt und anschließend per Mahltechnik zu Nanopartikeln zerkleinert. Im Gegensatz hierzu wurde am CeNIDE ein einstufiges Verfahren etabliert, bei dem nanoskalige Silizium-Germanium-Legierungen mit Phosphordotierung in einem Mikrowellen-Plasmareaktor entstehen  Bei den Entwicklungsarbeiten konnten rund 10 Gramm Nanopartikel in der Stunde hergestellt werden. Das Verfahren ist upscale fähig.


Die Einsatzmöglichkeiten von Thermogeneratoren reichen von der Industrie über Einsätze in Entwicklungsländern  bis hin zur dezentralen Energieversorgung im Allgemeinen, bei der Kabelverbindungen oder Stromspeicher unmöglich oder unpraktisch sind.
In weiteren Arbeiten am CeNIDE soll die elektrische Leitfähigkeit der Partikel weiter erhöht werden und möglichst eine günstigere Alternative für das teure Germanium gefunden werden.  

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