Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Silizium kann jetzt noch mehr

10.06.2010
IFW-Forscher machen Silizium thermisch isolierend und erschließen damit neue Anwendungsfelder für das Lieblingsmaterial der Halbleiterindustrie.

Damit wird Silizium auch interessant für die Kühlung von Halbleiterchips und für Mini-Generatoren, die die Prozesswärme in nutzbare elektrische Energie umwandeln.

Silizium ist das Kernmaterial der Mikroelektronik. Ohne Silizium hätten wir heute wohl weder preisgünstige und kompakte Computer noch das Internet. Ein wesentlicher Teil seines Erfolges verdankt Silizium seiner sehr guten Wärmeleitfähigkeit. Wärme, die durch den Stromfluss in den Chips entsteht, kann aufgrund dieser Eigenschaft sehr effizient abgeleitet werden.

Die Wärmeleitfähigkeit ist eine temperaturabhängige Materialkonstante, die in Watt pro Meter und Kelvin - W/(m x K) - angegeben wird. Der Wert der Wärmeleitfähigkeit von Silizium beträgt etwa 150 W/m K und ist nicht viel niedriger als der von Metallen wie Aluminium (250 W/m K).

Die gute Wärmeleitfähigkeit ist aber auch der Grund, warum Silizium bisher nicht in der Thermoelektrik eingesetzt wird. Hier werden Materialien mit niedriger Wärmeleitfähigkeit gesucht, um Wärme in Strom bzw. umgekehrt Strom in Wärme umzuwandeln. Das größte Potenzial der Thermoelektrik liegt in der Nutzung von Abwärme aller Art zur direkten Umwandlung in elektrische Energie. In Zukunft könnte die Thermoelektrik eine ähnlich revolutionäre Rolle spielen wie die Solartechnik und entschieden zum Klimaschutz beitragen. Deshalb rückt die Frage nach geeigneten thermoelektrischen Materialien immer mehr in den Fokus. Gern würde man dabei auf das gut bekannte Silizium zurückgreifen.

In der jüngsten Ausgabe der Zeitschrift „nature materials“ ist ein Beitrag erschienen, der den Durchbruch bringen könnte. Forscher aus Dresden, Stuttgart, Freiburg, Grenoble und Bordeaux haben ein Verfahren entwickelt, das die Wärmeleitfähigkeit von Silizium bis unter 1 W/m K senken kann - niedriger als der Wert für ein doppelt verglastes Fenster. Dabei werden Nanokristalle aus Germanium in Silizium eingebettet, die die Wärmeleitung effizient unterbinden. Die Entdeckung eröffnet eine Reihe von Möglichkeiten für zukünftige Anwendungen von Silizium-basierten Materialien für die vor-Ort-Kühlung von Chips, dem sogenannten „on-chip cooling“. Auch Mini-Kraftwerke, die die entstehende Prozesswärme an Ort und Stelle in nutzbare elektrische Energie umwandeln können, rücken in greifbare Nähe. Nicht zuletzt ist die Entdeckung sehr wichtig für das Verständnis der grundlegenden physikalischen Mechanismen, die die Wärmeleitfähigkeit in neuen innovativen Materialien bestimmen.

Beiteiligte Institute:
- Institut für Integrative Nanowissenschaften des IFW Dresden
- Max-Planck-Institut für Festkörperforschung Stuttgart
- Fraunhofer IPM Freiburg
- CEA Grenoble, Frankreich
- CNRS Bordeaux, Frankreich
Veröffentlichung: G. Pernot, M. Stoffel, I.Savic, F. Pezolli, P. Chen et al. Precise control of thermal conductivity at the nanoscale through individual phonon-scattering barriers, nature materials, DOI:10.1038/NMAT2752, published online 2. Mai 2010

Dr. Carola Langer | idw
Weitere Informationen:
http://www.ifw-dresden.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Elektrogesponnene Vliese mit gerichteten Fasern für die Sehnen- und Bänderrekostruktion
05.08.2020 | INNOVENT e.V. Technologieentwicklung Jena

nachricht TU Graz Forschende modellieren Nanopartikel nach Maß
30.07.2020 | Technische Universität Graz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Projektabschluss ScanCut: Filigranere Steckverbinder dank Laserschneiden

Eine entscheidende Ergänzung zum Stanzen von Kontakten erarbeiteten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT. Die Aachener haben im Rahmen des EFRE-Forschungsprojekts ScanCut zusammen mit Industriepartnern aus Nordrhein-Westfalen ein hybrides Fertigungsverfahren zum Laserschneiden von dünnwandigen Metallbändern entwickelt, wodurch auch winzige Details von Kontaktteilen umweltfreundlich, hochpräzise und effizient gefertigt werden können.

Sie sind unscheinbar und winzig, trotzdem steht und fällt der Einsatz eines modernen Fahrzeugs mit ihnen: Die Rede ist von mehreren Tausend Steckverbindern im...

Im Focus: ScanCut project completed: laser cutting enables more intricate plug connector designs

Scientists at the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT have come up with a striking new addition to contact stamping technologies in the ERDF research project ScanCut. In collaboration with industry partners from North Rhine-Westphalia, the Aachen-based team of researchers developed a hybrid manufacturing process for the laser cutting of thin-walled metal strips. This new process makes it possible to fabricate even the tiniest details of contact parts in an eco-friendly, high-precision and efficient manner.

Plug connectors are tiny and, at first glance, unremarkable – yet modern vehicles would be unable to function without them. Several thousand plug connectors...

Im Focus: Elektrogesponnene Vliese mit gerichteten Fasern für die Sehnen- und Bänderrekostruktion

Sportunfälle und der demografische Wandel sorgen für eine gesteigerte Nachfrage an neuen Möglichkeiten zur Regeneration von Bändern und Sehnen. Eine Kooperation aus italienischen und deutschen Wissenschaftler*innen forschen gemeinsam an neuen Materialien, um dieser Nachfrage gerecht zu werden.

Dem Team ist es gelungen elektrogesponnene Vliese mit hochgerichteten Fasern zu generieren, die eine geeignete Basis für Ersatzmaterialien für Sehnen und...

Im Focus: New Strategy Against Osteoporosis

An international research team has found a new approach that may be able to reduce bone loss in osteoporosis and maintain bone health.

Osteoporosis is the most common age-related bone disease which affects hundreds of millions of individuals worldwide. It is estimated that one in three women...

Im Focus: Neue Strategie gegen Osteoporose

Ein internationales Forschungsteam hat einen neuen Ansatzpunkt gefunden, über den man möglicherweise den Knochenabbau bei Osteoporose verringern und die Knochengesundheit erhalten kann.

Die Osteoporose ist die häufigste altersbedingte Knochenkrankheit. Weltweit sind hunderte Millionen Menschen davon betroffen. Es wird geschätzt, dass eine von...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Innovationstage 2020 – digital

06.08.2020 | Veranstaltungen

Innovationen der Luftfracht: 5. Air Cargo Conference real und digital

04.08.2020 | Veranstaltungen

T-Shirts aus Holz, Möbel aus Popcorn – wie nachwachsende Rohstoffe fossile Ressourcen ersetzen können

30.07.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Der Türsteher im Gehirn

06.08.2020 | Biowissenschaften Chemie

Kognitive Energiesysteme: Neues Kompetenzzentrum sucht Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft

06.08.2020 | Energie und Elektrotechnik

Projektabschluss ScanCut: Filigranere Steckverbinder dank Laserschneiden

06.08.2020 | Verfahrenstechnologie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics