поиск |
Новости химической науки > Новая веха в развитии термоэлектрики21.9.2012 ![]() ![]() Исследователи из США заявляют, что достигли нового рубежа в развитии термоэлектрики, создав материал, который способен преобразовывать тепловую энергию в электрическую более эффективно, чем материалы, известные к настоящему времени. Новый термоэлектрик структурирован для рассеивания фононов и отличается производительностью на 20% большей, чем может обеспечить самый производительный материал такого рода, известный к настоящему времени.
Термоэлектрические материалы могут использоваться для преобразования отведенного из технологического процесса, «лишнего» тепла в электричество. При нагреве одного конца изделия, изготовленного из термоэлектрического материала, электроны смещаются к охлажденному концу, возникает разность потенциалов, которая может применяться для создания электрического тока.
Обработка PbTe на мезоуровне делает этот материал особенно эффективным в преобразовании отходов теплоты в электроэнергию. (Рисунок из Nature, 2012, 489, 414; DOI: 10.1038/nature11439)
Показатель качества (эффективности преобразования тепловой энергии в электрическую) термоэлектрических материалов зависят от ряда свойств этих материалов. Оно из этих свойств – способность генерировать высокое напряжение, другая – высокая электропроводность, позволяющая высокой силы тока. Однако в плане разработки новых термоэлектрических материалов исследователи решили сосредоточиться на оптимизации еще одного свойства – достижения низкой теплопроводности, позволяющей достигать значительного градиента температур.
Тепло проходит по материалу в форме волн – фононов, обладающих различными длинами волн. Для предотвращения передачи потока тепла и, таким образом, для понижения теплопроводности необходимо разработать метод рассеивания фононов. На заре создания и изучения термоэлектрики исследователи обнаружили, что рассеивание фононов может происходить за счет изменения атомов в узлах кристаллической решетки материала, при этом был достигнут коэффициент конверсии тепла в электричество, равный одному проценту. В начале 2000-х с использованием наноразмерных кристаллов, позволяющих осуществлять рассеивание средневолновых фононов, коэффициент конверсии был увеличен до 1.8%.
Меркури Канацидис (Mercouri Kanatzidis) из Северо-западного университета (Иллинойс) верен, что двухпроцентная производительность термоэлектрических материалов долгое время оставалась «психологическим барьерам», преодоление которого могло бы привести разработке новых термоэлектрических материалов и, как следствие – к их практическому применению.
Исследователи из группы Канацидиса смогли создать материал с производительностью более 2%, изменив его структуру не только на атомном уровне и наноуровне, но и на мезоуровне. Они использовали легированный натрием теллурид свинца и теллурид стронция – материалы, которые при переходе из жидкого в твердое состояние самопроизвольно организуются образуя атомные и наноразмерные фонон-рассеивающие структуры. Полученное при застывании твердое вещество было размолото в порошок с размером зерен, способным к рассеиванию фононов с длинными волнами. Такой подход позволил получить термоэлектрический материал с производительностью около 2,2%.
Специалист по материалам из Калифорнийского Технологического Института в Пасадене, Джефф Снайдер (Jeff Snyder), отмечает, что еще несколько лет назад считалось, что легированный натрием PbTe может достигать производительности не выше 0.6%, а результаты новой работы поднимают эту производительность почти вчетверо. Такая степень конверсии тепла в электричество, конечно еще не является достаточным для немедленного практического применения, но является существенной вехой на пути в разработке материалов такого рода.
Источник: Nature, 2012, 489, 414 (DOI: 10.1038/nature11439) метки статьи: #неорганическая химия, #новые материалы, #физическая химия Перепечатка статьи разрешается при условии размещения активной гиперссылки на ChemPort.Ru Комментарии к статье:
Вы читаете текст статьи "Новая веха в развитии термоэлектрики" Перепечатка статьи разрешается при условии размещения активной гиперссылки на ChemPort.Ru |
Читайте также:
Все новости
23.3.2023 Эта новая молекула обязана своей хиральностью только кислороду. 25.12.2016 Вещества, которые нас порадовали в уходящем году 13.12.2016 Морская вода позволит освободиться от «литиевой иглы» 5.12.2016 Платина с отрицательным зарядом 29.11.2016 В «плоский мир» въехала молекула – колесо со спицами 21.11.2016 Носки превращаются в гибкие хемосенсоры Подписка на новости
Новости компаний
13.12.22
|
Химпром, ПАО
Все новости
«Химпром» присоединился к проекту «Жить и работать в Чувашии» 06.12.22 | Химпром, ПАО «Химпром» взял лидерство в реализации профориентационного проекта УПК 21 18.10.22 | Химпром, ПАО Лучшие отцы «Химпрома» - на фотовыставке «Я – папа!» 13.10.22 | Химпром, ПАО Эрудиция и сплоченность: на «Химпроме» состоялась интеллектуальная игра «За 12.10.22 | АО НИИК Трудные времена? Нет, новые возможности! Подписка на новости
|