Превращение тепла в электричество с рекордной эффективностью

Модераторы: morozov, mike@in-russia, Editor

Ответить
Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 34611
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Превращение тепла в электричество с рекордной эффективностью

Номер сообщения:#1   morozov »

Создан материал, превращающий тепло в электричество с рекордной эффективностью
Индикатор, 15 ноября 2019
Изображение
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.

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.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 34611
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Превращение тепла в электричество с рекордной эффективностью

Номер сообщения:#2   morozov »

Ученые нашли материал, который проводит электричество, не нагреваясь
Ильнур Шарафиев, 1 декабря 2019

Свойства этого металла противоречат закону Видемана — Франца, который гласит, что хорошие проводники электричества также являются хорошими проводниками тепла. Именно этим объяснятся то, что двигатели при продолжительном использовании становятся очень горячими.

Команда ученых из США показала, что это явление не наблюдается в оксиде ванадия. «Это был совершенно неожиданный результат для нас, — отмечает ведущий исследователь Джанкау Ву из отдела материаловедения лаборатории Беркли. — Это открытие может иметь фундаментальное значение для понимания основ поведения проводников».

Это свойство может быть полезно и на практике — материал, к примеру, можно использовать для преобразования отработанного тепла обратно в электричество.

Исследователи уже знали о других материалах, которые проводят электричество лучше, чем тепло, но они проявляют это свойство только при определенном температурном режиме, что делает их крайне непрактичными. Оксид ванадия же демонстрирует свои свойства при температуре выше комнатной, поэтому диапазон его использования может быть куда шире.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Ответить

Вернуться в «Дискуссионный клуб / Debating-Society»