الماس ممکن است بهترین هدیه باشد، اما الکترونیک مبتنی بر الماس میتواند کلید حضور در بازار انرژی با اثر کربن صفر باشد، و حتی در آینده ممکن است لپتاپ شما را تغذیه کند، به گفته پژوهشگران.
الکترونیک مبتنی بر الماس ممکن است روزی روزگار لپتاپ شما را تغذیه کند – پژوهشگران ادعا میکنند که سختترین مواد نیمهرسانا کلید حضور در بازار انرژی با اثر کربن صفر است، اما ابتدا چالشهایی باید پشت سر گذاشته شود.
یک مطالعه جدید نشان میدهد که الماس ممکن است موثرتر از سیلیکون در عملکرد شبکههای برق با ولتاژ بالا باشد، که برای کارآیی انرژی تجدیدپذیر حیاتی است.
به گفته اداره اطلاعات انرژی آمریکا، تقاضای جهانی برق پیشبینی میشود که تا سال 2050 تقریباً 50٪ افزایش یابد. با این حال، حدود دو سوم انرژی تولیدی در ایالات متحده قبل از رسیدن به مصرفکننده از دست میروید، به گفته کان بایرام، استاد همکار دانشگاه ایلینوی، اربانا-شمپین.
ایده ای بدون چالش وجود ندارد
این ایده یکی از راهحلها برای افزایش کارایی شبکه برق، انتقال از جریان متناوب (AC) به جریان مستقیم (DC) است. یک شبکه DC ممکن است به طور پتانسیلی افت انرژی در شبکه AC را 90٪ کاهش دهد، نیاز به تصحیحگرها را از بین ببرد و نیاز به ترانسفورماتورها را کاهش دهد. علاوه بر این، شبکههای DC با ولتاژ بالا در انتقال انرژی به فواصل بلند به صورت موثرتری عمل میکنند، که بطور ویژه برای مزارع خورشیدی و بادی دورافتاده بسیار مفید است.
الکترونیک قدرت، که بیش از نیمی از برق جهان را کنترل میکند، برای حمایت از این شبکهها ضروری است. بایرام پیشبینی میکند که این شمار تا سال 2030 به دلیل افزایش استفاده از انرژی تجدیدپذیر به 80٪ افزایش یابد. او اعلام میکند که شبکه آینده DC نیاز به الکترونیک قدرت دارد که سریعتر و قویتر از دستگاههای سیلیکون فعلی باشند، و اینکه الماس نیمرسانا ممکن است جواب باشد.
الماس، سختترین نیمهرسانای شناختهشده، همچنین یکی از بهترین رسانای حرارتی است و ولتاژ شکست بالایی دارد. این به این معناست که دستگاههای نیمهرسانای الماس میتوانند با کمترین مواد، در جریانها و ولتاژهای بالاتر عمل کنند، بدون کاهش عملکرد الکتریکی.
بایرام همچنین اشاره میکند که الکترونیک مبتنی بر الماس میتواند منجر به کاهش هزینهها در حمل و نقل و نصب شود، به دلیل وزن کمتر آنها. با این حال، چالشهایی برای پشت سر گذاشتن وجود دارد، مانند افزایش ضخامت “ناحیه گریز” در دستگاههای مبتنی بر الماس، که یک مؤلفه حیاتی در مقاومت در برابر ولتاژهای بالا است.
با وجود این مشکلات، تیم تحقیقاتی به دستاوردهای شکنندگی بالا حدود 5,000 ولت در لایههای نازک گردیده است، که کمترین نشتی جریان در دستگاههای الماس را نشان میدهد.
آنها میگویند: ما اعتقاد داریم که الماس در بازار نیمهرسانا در سطوح توان بالا، بیش از 5 مگاوات، وارد خواهد شد.تبدیلکنندههای مبتنی بر الماس در مقایسه با سایر گزینهها از نظر هزینه رقابتی خواهند بود؛ زیرا حتی اگر خود دستگاه الماس گرانتر از دستگاههای معمولی سیلیکون باشد، کاهش اندازه نیمهرسانا و سادهسازی سیستم، از جمله مدیریت حرارت، هزینه کل را به شدت کاهش میدهد.
