July 28, 2021

Новий матеріал побив світовий рекорд по перетворенню тепла в електрику

Новий матеріал побив світовий рекорд по перетворенню тепла в електрику

Дослідники створили новий тип термоелектричного матеріалу, який удвічі ефективніше будь-яких існуючих аналогів.

Термоелектричні матеріали можутьперетворювати тепло в електроенергію. Це пов'язано з тим, що при наявності різниці температур між двома кінцями, в них виникає електрична напруга і заряджені частинки починають переміщатися. При цьому кількість генерованої електроенергії залежить від безрозмірного показника добротності (ZT), і чим він вищий, тим ефективніше перетворення.

У кращих на сьогодні термоелектриків цей показник знаходиться нарівні 2,5-2,8. Однак команда вчених з Віденського технічного університету представила новий матеріал, у якого значення ZT досягає 5-6. Він являє собою кристал кремнію, покритий тонким шаром заліза, ванадію, вольфраму і алюмінію.

Оптимальний термоелектричний матеріал повинендемонструвати сильний ефект Зеєбека, добре проводити електрику, але в той же час бути поганим теплопровідником. Сполучення останніх двох факторів є складним завданням, оскільки зазвичай вони тісно пов'язані.

У чистій комбінації заліза, ванадію, вольфраму іалюмінію атоми розподіляються рівномірно в гранецентрированной кубічної решітці, тобто між двома частинками кожного металу завжди однакова відстань. Однак при нанесенні шару цього матеріалу на кремній, його структура змінюється, і розташування атомів стає випадковим.

Такі особливості розподілу змінюютьелектронну структуру матеріалу, через що струм проходить через нього особливим чином, не розсіюючись. При цьому нерівномірності в кристалічній структурі погіршують теплопровідність, що підсилює термоелектричний ефект.

За словами самих учених, хоча тонкий шар новогоматеріалу не зможе генерувати багато енергії, але його вистачить для живлення датчиків і невеликих електронних пристроїв. Вони вважають, що розробка має великий потенціал застосування в виробничих мережах Інтернету речей, оскільки дозволить позбутися від проводів.

Нагадаємо, що раніше команда інженерів перетворила шматок деревини в гнучку мембрану, яка перетворює теплову енергію в електрику, навіть при незначних перепадах температури.

</ P>