Четверг 03 апреля 2025 года

 

Вы здесь:  Главная» Все новости» Наука» Ученые открыли новый способ преобразования тепла в электричество


Ученые открыли новый способ преобразования тепла в электричество

Вторник, 26 Ноября 2024 16:21

Термоэлектрические материалы, преобразующие тепло в электричество, являются ценными инструментами для улавливания отработанного тепла и превращения его в пригодное к использованию электричество. Эти материалы особенно полезны в промышленности и транспортных средствах, где двигатели производят много отработанного тепла, повышая энергоэффективность путем преобразования его в дополнительную мощность. Они также демонстрируют потенциал для портативной генерации энергии, в удаленных датчиках и спутниках, где традиционные источники энергии могут быть непрактичны.

 

Традиционные термоэлектрические устройства, известные как параллельные термоэлектрические устройства, генерируют напряжение в том же направлении, что и тепловой поток. Эти устройства обычно используют два типа параллельных материалов, а именно p- и n -типа, которые генерируют напряжение в противоположных направлениях. Соединяя их последовательно, можно генерировать более сильное напряжение. Однако это также приводит к большему количеству точек контакта, что увеличивает электрическое сопротивление и, следовательно, потерю мощности.

 

Напротив, поперечные термоэлектрические устройства делают нечто уникальное: они генерируют электричество перпендикулярно тепловому потоку. Это позволяет им использовать меньше контактов и, следовательно, достигать более эффективного термоэлектрического преобразования. Материалы с «полярностью проводимости, зависящей от оси (ADCP)» или гониополярные проводники, которые проводят положительные заряды (p -типа) в одном направлении и отрицательные заряды ( n -типа) в другом, являются перспективными кандидатами на роль поперечных термоэлектрических устройств. К сожалению, прямая демонстрация поперечного термоэлектрического эффекта (TTE) была изучена меньше — до сих пор.

 

С этой точки зрения исследовательская группа из Японии под руководством Рюдзи Окадзаки с кафедры физики и астрономии Токийского университета наук (TUS), включая Шоя Осуми из TUS и Йошики Дж. Сато из Университета Сайтамы, достигла TTE в полуметаллическом дисилициде вольфрама (WSi 2). Хотя предыдущие исследования показали, что WSi 2 проявляет ADCP, его происхождение и ожидаемый TTE не были обнаружены в экспериментах. «Поперечное термоэлектрическое преобразование — это явление, которое привлекает внимание как новая основная технология для датчиков, способных измерять температуру и тепловой поток. Однако существует лишь ограниченное количество таких материалов, и никаких рекомендаций по проектированию не установлено. Это первая прямая демонстрация поперечного термоэлектрического преобразования в WSi 2», — объясняет профессор Окадзаки. Их исследование было опубликовано онлайн в журнале PRX Energy.

 

Исследователи проанализировали свойства WSi 2 с помощью комбинации физических экспериментов и компьютерного моделирования. Они измерили термоЭДС, электрическое сопротивление и теплопроводность монокристалла WSi 2 вдоль его двух кристаллографических осей при низких температурах. Они обнаружили, что ADCP WSi 2 возникает из его уникальной электронной структуры, характеризующейся смешанно-размерными поверхностями Ферми. Эта структура показывает, что электроны и дырки (положительные носители заряда) существуют в разных измерениях. Поверхность Ферми — это теоретическая геометрическая поверхность, которая разделяет занятые и незанятые электронные состояния носителей заряда внутри твердого материала. В WSi 2 электроны образуют квазиодномерные поверхности Ферми, а дырки — квазидвумерные поверхности Ферми. Эти уникальные поверхности Ферми создают проводимость, зависящую от направления, что обеспечивает эффект TTE.

 

Исследователи также наблюдали изменения в том, как эти носители заряда проводят электричество от образца к образцу, что согласуется с предыдущими исследованиями. Используя моделирование, основанное на первых принципах, исследователи показали, что эти изменения были вызваны различиями в том, как носители заряда рассеиваются из-за несовершенств в структуре кристаллической решетки WSi 2. Это понимание является ключом к тонкой настройке материала и разработке надежных термоэлектрических устройств. Кроме того, они продемонстрировали прямую генерацию TTE в WSi 2 путем приложения разницы температур вдоль определенного угла относительно обеих кристаллографических осей, что привело к напряжению, перпендикулярному разнице температур.

 

«Наши результаты показывают, что WSi 2 является перспективным кандидатом для устройств на основе TTE. Мы надеемся, что это исследование приведет к разработке новых датчиков и открытию новых поперечных термоэлектрических материалов», — говорит профессор Оказаки.

 

Выяснив механизм генерации TTE в WSi 2, данное исследование делает шаг вперед на пути к созданию современных материалов, которые могут более эффективно преобразовывать тепло в электричество, что приведет к более экологичному будущему.

 
 

 
Николаева Мария Опубликовано в Наука   Теги Новости
Читайте также
Балтийский клон: ученые раскрыли тайну обширного леса водорослей Балтийский клон: ученые раскрыли тайну обширного леса водорослей В исследовании, опубликованном в журнале Molecular Ecology, ученые из Гетеборгского университета сделали сенсационное открытие в Балтийском море. Обширный лес из водорослей, протянувшийся более чем на 500 километров вдоль побережья Ботнического…
На Марсе обнаружен чрезвычайно странный камень, не похожий ни на что другое  На Марсе обнаружен чрезвычайно странный камень, не похожий ни на что другое  Марс снова показал нам пример того, чего на нем, похоже, в изобилии: чрезвычайно странных и сбивающих с толку пород. Когда марсоход Perseverance проезжал около мыса Брум-Пойнт на нижних склонах холма…
Российские ученые создали новое лекарство от депрессии и тревоги Российские ученые создали новое лекарство от депрессии и тревоги Российские ученые разработали новый препарат для лечения депрессии и тревожных расстройств, который отличается мультитаргетным механизмом действия. В интервью программе «Наука» на телеканале «Россия 24» медицинский директор группы компаний «ХимРар» Елена…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 93 БПЛА МО: за ночь над регионами России сбили 93 БПЛА Российские средства противовоздушной обороны (ПВО) за ночь перехватили и уничтожили 93 беспилотных летательных аппарата (БПЛА) над регионами РФ. Об этом сообщили в Минобороны России. "Дежурными средствами ПВО уничтожено и перехвачено…
В Таганроге сообщили об одном пострадавшем из-за атаки БПЛА ВСУ В Таганроге сообщили об одном пострадавшем из-за атаки БПЛА ВСУ Один человек пострадал после ночной атаки БПЛА на Таганрог Ростовской области. Об этом сказала глава Таганрога Светлана Камбулова. Ранее врио губернатора региона Юрий Слюсарь сообщал, что два человека получили легкие…
СК: украинские военные убили четырех жителей деревни Рубанщина в Курской области СК: украинские военные убили четырех жителей деревни Рубанщина в Курской области Четырех жителей деревни Рубанщина Курской области убили украинские боевики. Об этом ТАСС сообщила официальный представитель СК России Светлана Петренко. "В ходе расследования уголовного дела о террористическом акте (п. "б" ч.…
Тема дня
Литовское болото наглядно доказало бесполезность американских танков в Прибалтике Литовское болото наглядно доказало бесполезность американских танков в Прибалтике

В Литве после недели поисков наконец найден четвертый погибший американец – член экипажа утонувшей б...

Фото
Скелеты из «зеленой Сахары» предлагают новый взгляд на исчезнувшую популяцию Скелеты из «зеленой Сахары» предлагают новый взгляд на исчезнувшую популяцию

Сегодня пустыня Сахара — это море песка, но 7000 лет назад это была пышная саванна, полная бегемотов...

Опрос

Вы ожидаете в 2025 году прекращения огня в зоне СВО?

 

Анекдот дня

Если на других планетах есть разумная жизнь, то когда-нибудь будет и на нашей!

Еще »

Этот сайт использует файлы «cookie» с целью повышения удобства его использования. Во время посещения сайта вы соглашаетесь с тем, что мы обрабатываем ваши персональные данные с использованием сервиса «Яндекс. Метрика». Продолжая использовать сайт, вы соглашаетесь с Политикой конфиденциальности.

КАК ЗАРАБОТАТЬ НА ИИ ЕСЛИ ТЫ НЕ ПРОГРАММИСТ?
ПРОФЕССИИ, КОТОРЫЕ ВЫМРУТ ЧЕРЕЗ 5 ЛЕТ И ЧТО С ЭТИМ ДЕЛАТЬ?
Интересные материалы
Мы на одноклассниках
 

 

МЫ ВКОНТАКТЕ

Свидетельство о регистрации СМИ Эл № ФС77-83392 от 07.06.2022, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи,

информационных технологий и массовых коммуникаций. При использовании, полном или частичном цитировании материалов

planet-today.ru активная гиперссылка обязательна. Мнения и взгляды авторов не всегда совпадают с точкой зрения редакции.

На информационном ресурсе применяются рекомендательные технологии (информационные технологии предоставления

информации на основе сбора, систематизации и анализа сведений, относящихся к предпочтениям пользователей сети "Интернет",

находящихся на территории Российской Федерации)".