Τα ηλεκτρονικά με βάση το διαμάντι θα μπορούσαν να σας βοηθήσουν να τροφοδοτήσετε τον φορητό υπολογιστή σας μια μέρα – καθώς οι ερευνητές ισχυρίζονται ότι ο πιο σκληρός ημιαγωγός είναι το κλειδί για την ουδετερότητα άνθρακα στην αγορά ενέργειας

Τα διαμάντια μπορεί να είναι ο καλύτερος φίλος ενός κοριτσιού, αλλά τα ηλεκτρονικά με βάση το διαμάντι θα μπορούσαν να είναι το κλειδί για την ουδετερότητα των εκπομπών άνθρακα στην αγορά ενέργειας, δυνητικά τροφοδοτώντας ακόμη και τον φορητό υπολογιστή σας μια μέρα, σύμφωνα με ερευνητές.

Μια νέα μελέτη αποκαλύπτει ότι τα διαμάντια θα μπορούσαν να είναι πιο αποτελεσματικά από το πυρίτιο στη λειτουργία δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας υψηλής τάσης, τα οποία είναι ζωτικής σημασίας για την απόδοση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.

Σύμφωνα με τη Διοίκηση Ενεργειακών Πληροφοριών των ΗΠΑ, η παγκόσμια ζήτηση για ηλεκτρική ενέργεια προβλέπεται να αυξηθεί κατά σχεδόν 50% έως το 2050. Ωστόσο, περίπου τα δύο τρίτα της παραγόμενης ενέργειας στις ΗΠΑ χάνονται πριν φτάσει στον πελάτη, λέει

Can Bayram

αναπληρωτής καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Illinois, Urbana-Champaign.

Όχι χωρίς προκλήσεις

Η Bayram προτείνει ότι μια λύση για τη βελτίωση της απόδοσης του δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας είναι η μετάβαση από το εναλλασσόμενο ρεύμα (AC) στο συνεχές ρεύμα (DC). Ένα δίκτυο συνεχούς ρεύματος θα μπορούσε ενδεχομένως να μειώσει τις απώλειες δικτύου εναλλασσόμενου ρεύματος κατά 90%, εξαλείφοντας την ανάγκη για ανορθωτές και μειώνοντας την ανάγκη για μετασχηματιστές. Επιπλέον, τα δίκτυα συνεχούς ρεύματος υψηλής τάσης είναι πιο αποτελεσματικά στη μετάδοση ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις, καθιστώντας τα ιδιαίτερα ωφέλιμα για απομακρυσμένα ηλιακά και αιολικά πάρκα.

Τα ηλεκτρονικά ισχύος, τα οποία ελέγχουν περισσότερο από το ήμισυ της παγκόσμιας ηλεκτρικής ενέργειας, είναι απαραίτητα για την υποστήριξη αυτών των δικτύων. Η Bayram προβλέπει ότι αυτό το ποσοστό θα αυξηθεί στο 80% μέχρι το 2030 λόγω της αυξανόμενης υιοθέτησης των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Υποστηρίζει ότι το μελλοντικό δίκτυο συνεχούς ρεύματος θα απαιτεί ηλεκτρονικά ισχύος που είναι ταχύτερα και ισχυρότερα από τις τρέχουσες συσκευές πυριτίου και ότι το ημιαγώγιμο διαμάντι θα μπορούσε να είναι η απάντηση.

Το Diamond, ο σκληρότερος γνωστός ημιαγωγός, είναι επίσης ένας από τους καλύτερους θερμικούς αγωγούς και έχει υψηλή τάση διάσπασης. Αυτό σημαίνει ότι οι διαμαντένιες συσκευές ημιαγωγών μπορούν να λειτουργούν σε υψηλότερα ρεύματα και τάσεις με λιγότερο υλικό, χωρίς να υποστούν μείωση της ηλεκτρικής απόδοσης.

Η Bayram σημειώνει επίσης ότι τα ηλεκτρονικά με βάση το διαμάντι θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε χαμηλότερο κόστος αποστολής, μεταφοράς και εγκατάστασης λόγω του μικρότερου βάρους τους. Ωστόσο, υπάρχουν προκλήσεις που πρέπει να ξεπεραστούν, όπως η αύξηση του πάχους της “περιοχής μετατόπισης” σε συσκευές που βασίζονται σε διαμάντια, ένα κρίσιμο στοιχείο για την αντοχή σε υψηλές τάσεις.

Παρά αυτά τα εμπόδια, η ερευνητική ομάδα έχει επιτύχει ρεκόρ τάσεων διάσπασης περίπου 5.000 βολτ σε λεπτά στρώματα μετατόπισης, επιδεικνύοντας το χαμηλότερο ρεύμα διαρροής των διαμαντένιων συσκευών.

«Πιστεύουμε ότι το διαμάντι θα εισέλθει στην αγορά ημιαγωγών σε υψηλά επίπεδα ισχύος, πάνω από 5 μεγαβάτ», λέει ο Bayram. «Οι μετατροπείς που βασίζονται σε διαμάντι θα είναι ανταγωνιστικοί ως προς το κόστος, γιατί ακόμα κι αν η ίδια η συσκευή διαμαντιού είναι πιο ακριβή από τις συνηθισμένες συσκευές πυριτίου, η μείωση του μεγέθους του ημιαγωγού και η απλοποίηση του συστήματος συμπεριλαμβανομένης της θερμικής διαχείρισης θα μειώσει σημαντικά το συνολικό κόστος».

Αναλυτικά οι επιστήμονες

τα ευρήματά τους

στο περιοδικό

IEEE Electron Device Letters

.