مواد جديدة تحطم الرقم القياسي العالمي للحرارة إلى الكهرباء

ابتكر الباحثون نوعًا جديدًا من المواد الكهروحرارية يكون ضعف فعالية أي نظير موجود.

المواد الحرارية يمكنتحويل الحرارة إلى كهرباء. ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه في ظل وجود اختلاف في درجة الحرارة بين الطرفين ، ينشأ الجهد الكهربائي فيها وتبدأ الجزيئات المشحونة في الحركة. علاوة على ذلك ، تعتمد كمية الكهرباء المولدة على رقم الجدارة بدون أبعاد (ZT) ، وكلما زاد ذلك ، زادت كفاءة التحويل.

الأفضل لهذا اليوم الطاقة الحرارية هذا المؤشر قيد التشغيلالمستوى 2،5-2،8. ومع ذلك ، قدم فريق من العلماء من جامعة فيينا التقنية مواد جديدة بقيمة ZT من 5-6. إنها بلورة السيليكون المطلية بطبقة رقيقة من الحديد والفاناديوم والتنغستن والألومنيوم.

وينبغي أن المواد الحرارية الأمثلإظهار تأثير Seebeck القوي ، وتوصيل الكهرباء بشكل جيد ، ولكن في الوقت نفسه أن يكون موصل الحرارة سيئة. مزيج من هذين العاملين الأخير هو مهمة صعبة ، لأنها عادة ما ترتبط ارتباطا وثيقا.

في مزيج نقي من الحديد والفاناديوم والتنغستن ويتم توزيع ذرات الألومنيوم بشكل متساوٍ في شبكة مكعبة مركَّزة على الوجه ، أي بين جزيئي كل معدن دائمًا بنفس المسافة. ومع ذلك ، عندما يتم تطبيق طبقة من هذه المادة على السيليكون ، يتغير تركيبها ، ويصبح ترتيب الذرات عشوائيًا.

ميزات التوزيع هذه تتغيرالهيكل الإلكتروني للمادة ، والذي يمر به التيار بطريقة خاصة ، دون تشتت. في هذه الحالة ، تؤدي المخالفات في الهيكل البلوري إلى تفاقم الموصلية الحرارية ، مما يعزز من التأثير الحراري الكهربي.

وفقًا للعلماء أنفسهم ، على الرغم من طبقة رقيقة جديدةلن تكون المادة قادرة على توليد الكثير من الطاقة ، لكنها ستكون كافية لأجهزة استشعار الطاقة والأجهزة الإلكترونية الصغيرة. إنهم يعتقدون أن التطوير لديه إمكانات كبيرة لاستخدام إنترنت الأشياء في شبكات الإنتاج ، لأنه سوف يتخلص من الأسلاك.

تذكر أنه في السابق قام فريق من المهندسين بتحويل قطعة من الخشب إلى غشاء مرن ، والذي يحول الطاقة الحرارية إلى كهرباء ، حتى مع تغيرات طفيفة في درجات الحرارة.