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Die Wechselwirkung von Elektronen mit Phononen führt zu einer Überhitzung des Telefons

24.10.2016

Forscher des Massachusetts Institute of Technology (USA) haben die Wechselwirkungen zwischen Partikeln in modernen mobilen digitalen Geräten – Telefonen, Tablets, Laptops usw. – untersucht. Sie fanden heraus, dass die Wechselwirkung von Elektronen mit thermischen Teilchen, den sogenannten Phononen, zur Freisetzung einer großen Wärmemenge und manchmal zu einer Überhitzung führen kann.

In ihren Experimenten nutzten die Wissenschaftler zeitgenaue Laserpulse, um die Wechselwirkung zwischen Elektronen und Phononen in einem sehr dünnen Siliziumwafer zu messen. Die Forscher fanden heraus, dass mit zunehmender Konzentration von Elektronen im Silizium diese beginnen, Phononen zu zerstören und dadurch ihre Fähigkeit zur Wärmeableitung verringern. „Wenn Phononen von Elektronen gestreut werden, können sie Wärme nicht so gut ableiten. Dies schafft ein Problem, das wir lösen müssen, wenn die Chips kleiner werden“, sagte Liao.

Andererseits sagen Wissenschaftler, dass derselbe Effekt bei der Entwicklung thermoelektrischer Generatoren nützlich sein könnte, die Wärme direkt in elektrische Energie umwandeln. In solchen Geräten kann der Prozess der Phononenstreuung den Wärmeverlust erheblich reduzieren und ihre Effizienz erheblich steigern.

Interessanterweise beobachteten die Forscher diesen Effekt erstmals in Silizium, das eine Elektronendichte von 1019 Einheiten aufwies. pro Kubikzentimeter - diese Zahl ist vergleichbar oder sogar niedriger als bei einigen modernen Transistoren.

"In unserer Studie zeigen wir, dass dies ein wirklich großes Problem sein wird, wenn die Größe der Schaltungen kleiner wird. Selbst jetzt, wenn die Größe der Transistoren einige Nanometer beträgt, tritt dieser Effekt auf, und wir müssen ihn wirklich ernsthaft untersuchen." Denken Sie darüber nach und überlegen Sie, wie Sie es in echten Geräten verwenden oder umgekehrt vermeiden können“, stellten die Wissenschaftler fest.

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Photosynthese zur Energiegewinnung 04.09.2018

Biologen haben einen neuen Weg gefunden, Sonnenenergie für gute Zwecke zu nutzen. Indem sie den Mechanismus der Photosynthese in Pflanzen veränderten, lernten sie, Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten und dabei Energie freizusetzen.

Photosynthese ist der Prozess der „Umwandlung“ von Sonnenlicht in Energie, die von Pflanzen genutzt wird. Sauerstoff ist sein Nebenprodukt, das durch die Zersetzung von Wasser entsteht, das von der Pflanze aufgenommen wird. Die Photosynthese ist vielleicht die wichtigste Reaktion für alles Leben auf der Erde, da sie fast den gesamten Sauerstoff in der Atmosphäre des Planeten produziert. Wasserstoff, der auch bei der Wasserspaltung bei der Photosynthese entsteht, hat das Potenzial, eine umweltfreundliche und unerschöpfliche Energiequelle zu sein.

Ein Forscherteam unter der Leitung von Wissenschaftlern des St. John's College der University of Cambridge nutzte Sonnenlicht, um Wasser während eines Prozesses der künstlichen Photosynthese in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten, den die Wissenschaftler mit biologischen Komponenten und neuen Technologien optimierten. Bei dieser Methode absorbieren Pflanzen mehr Sonnenlicht als gewöhnlich.

„Die natürliche Photosynthese ist ineffizient, da sie ausschließlich für das Überleben von Pflanzen entwickelt wurde und daher die minimal erforderliche Energie liefert – nur 1-2 % dessen, was sie potenziell abgeben kann“, kommentierte Katarzyna Sokol, eine der Autorinnen der Arbeit .

Künstliche Photosynthese gibt es schon seit Jahrzehnten, aber sie wurde nie erfolgreich zur Erzeugung erneuerbarer Energie eingesetzt, weil sie auf teure und giftige Katalysatoren angewiesen ist. Aus dem gleichen Grund hat niemand versucht, es auf industrieller Ebene einzusetzen.

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