Institutul de Inginerie Electronică şi Nanotehnologii „D. Ghitu”, ASM

Institutul de Fizică Aplicată, ASM

Universitatea Tehnică a Moldovei

Universitatea de Stat de Medicină şi Farmacie “Nicolae Testemiţeanu”

Rezumat:

Proiectul dat se focusează pe realizarea efectelor termoelectrice transversale în microfire monocristaline semimetalice pentru generarea locală a energiei electrice şi explorarea fluxului de căldură. Se planifică elaborarea generatoarelor termoelectrice anizotrope (GTA), ce utilizează căldura corpului uman pentru a genera tensiune utilă pentru alimentarea cu energie a dispozitivelor cu consum de curent redus (de exemplu dispozitivele auditive). GTA, de asemenea, pot fi utilizate şi în multe alte aplicaţii legate de conversia energiei termice.

Din punct de vedere teoretic, în cristalele termoelectric anizotrope tensiunea electrică ce apare este perpendiculară fluxului termic şi proporţională cu diferenţa de temperaturi între părţile izoterme, anizotropia forţei termoelectromotoare, lungimea cristalului şi invers proporţională grosimii cristalului. Termoelementul anizotrop poate fi creat dintr-un singur cristal de dimensiuni corespunzătoare fără suduri termoelectrice.

Utilizarea practică a acestui efect prezintă o noutate. În lucrarea precedentă am dezvoltat metoda de obţinere a microfirelor lungi monocristaline din Bi şi aliajele lui în înveliş de sticlă prin utilizarea turnării de înaltă frecvenţă din faza lichidă în capilarul de sticlă. Microfirele obţinute prezintă monocristale cilindrice cu axa trigonală C3 înclinată faţă de axa microfirului sub un unghi de ~ 70o. Diametrul microfirului conductor este în diapazonul 50 mm – 50 nm. Noi am construit prototipul GTA prin înfăşurarea microfirului într-o spirală plană, în care direcţia fluxului termic este perpendiculară planului spiralei. În timpul fabricării spiralei plane, direcţia axei C3 nu a fost regulată, astfel, la testarea probei (GTA a fost adus în contact cu suprafaţa, încălzită până la 38ºC, cu mâna omului) tensiunea la ieşire a fost doar de 3 mV (cu toate că teoretic, la orientare cristalografică corectă, tensiunea trebuie să fie de ordinul 1 V).

Conform cercetărilor noastre, forţa termoelectromotoare transversală în microfire monocristaline din Bi este maximală când gradientul de temperatură este orientat în direcţia axei C3. Acest fapt a fost luat în considerare şi ca urmare a fost modernizată metoda de recristalizare prin topire zonală şi construită o instalaţie nouă, în care zona de topire se deplasează pe microfirul subţire, ce se află în câmp electric puternic până la 6 * 103 V/cm. Ca rezultat, după trecerea prin această zonă, axa cristalografică principală C3 în microfirul din Bi este orientată în lungul câmpului electric. Această instalaţie va fi utilizată pentru crearea modulelor GTA.                    

Proiectul prevede colaborarea atât la nivel naţional în R. Moldova, cât şi internaţional, în special cu prof. Huber T.E. din Universitatea Howard, SUA. De asemenea, în cadrul proiectului va fi dezvoltată tehnologia de producere a firelor semimetalice lungi în înveliş subţire din sticlă ce au o orientare anumită a axei C3 în raport cu axa microfirului.

 Proiectul propus va avea un impact semnificativ asupra dezvoltării infrastructurii ştiinţei şi tehnicii în Republica Moldova şi are ca scop dezvoltarea resurselor umane şi implică în activităţi de cercetare un şir de studenţi din cadrul UTM.