Nano aus der Mikrowelle Mittwoch, 28.09.2011
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.
