Top.Mail.Ru
Создан материал, превращающий тепло в электричество с...
20 ноября 2019 в 08:00

Создан материал, превращающий тепло в электричество с рекордной эффективностью

Исследователи из Австрии, Японии и Китая представили термоэлектрический преобразователь с эффективностью почти в два раза выше существующих аналогов. Статья исследователей была опубликована в журнале Nature.

Создан материал, превращающий тепло в электричество с рекордной эффективностью

Термоэлектрические материалы могут преобразовывать тепло в электрическую энергию. Это связано с так называемым эффектом Зеебека: если существует разница температур между двумя концами такого материала, то он может создавать электрический ток в цепи, в которую включен. Количество электрической энергии, которое может быть произведено при заданной разности температур, измеряется значением добротности ZT: чем выше этот показатель, тем лучше его термоэлектрические свойства.

Лучшие термоэлектрики на сегодняшний день имеют значение ZT от 2,5 до 2,8. Разработанный учеными новый материал в два раза превышает эти показатели: его ZT колеблется от 5 до 6. Этот рекордный композит представляет собой тонкие слои железа, ванадия, вольфрама и алюминия, нанесенные на кристалл кремния.

«Хороший термоэлектрический материал должен демонстрировать сильный эффект Зеебека, и он должен отвечать двум важным требованиям, которые очень трудно совместить, — подчеркивает один из исследователей, профессор Института физики твердого тела Венского технического университета Эрнст Бауэр. — С одной стороны, он должен как можно лучше проводить электричество, а с другой — как можно хуже переносить тепло. Это сложная задача, поскольку электропроводность и теплопроводность обычно тесно связаны».

Атомы в слоях этого материала расположены в регулярной гранецентрированной кубической решетке. Однако при нанесении тонкого слоя на кристалл кремния наблюдается удивительный эффект: их структура радикально меняется. Хотя атомы все еще имеют кубическую решетку, теперь она оказывается объемно-центрированной, и распределение различных типов атомов становится совершенно случайным. Эта смесь регулярности и нерегулярности расположения атомов также изменяет электронную структуру, которая определяет движение электронов в твердом теле.

Электрический заряд движется через материал особыми порциями — фермионами Вейля — безмассовыми частицами, переносящими возмущение кристаллической решетки и электроны. С другой стороны, колебания решетки, которые переносят тепло из мест с высокой температурой в места с низкой температурой, замедляются из-за неравномерностей в кристаллической структуре. Поэтому теплопроводность материала уменьшается.

Новый материал, по словам ученых, настолько эффективен, что его можно было бы использовать для обеспечения энергией датчиков или даже небольших компьютерных процессоров. Вместо того чтобы подключать небольшие устройства к кабелям, они могли бы генерировать свое собственное электричество из перепадов температур.

4718
Комментарии (7)
  • 20 ноября 2019 в 10:57 • #
    Максим Максимов

    Замечательно!

  • 20 ноября 2019 в 14:49 • #
    Андрей Кипятков

    Когда будут внедрять?

  • 21 ноября 2019 в 20:52 • #
    Сергей Ратников

    Очень хорошее изобретение.

  • 23 ноября 2019 в 11:42 • #
    Руслан Крутенко
    если существует разница температур между двумя концами такого материала

    Со свойствами материала всё понятно. А ЧТО будет создавать перепад температур?

  • 24 ноября 2019 в 17:24 • #
    Сергей Мищук

    Хороший вопрос, опускающий на землю.

  • 7 декабря 2019 в 19:12 • #
    Николай Раков

    Как обычно, лёд и пламень...

  • 18 марта 2020 в 09:22 • #
    Murat Alchakov

    Было бы интересно поэкспериментировать с этим термоэлектрическим, композитным материалом, в газоразрядных источниках света. Попробовать получить свечение люминофора в амальгаме ртути.


Выберите из списка
2021
2021
2020
2019
2018
2017
2016
2015
2014
2013
2012
2011
2010
2009
2008