Воскресенье 01 февраля 2026 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
На Марсе нашли древний пляж, говорящий о вероятности его обитаемости в прошлом На Марсе нашли древний пляж, говорящий о вероятности его обитаемости в прошлом В марсианском кратере Езеро найдены песчаники с округлыми зёрнами, характерной косой слоистостью и «волновыми» структурами. Аналогичные образования на Земле почти безошибочно определяются как след древней береговой зоны. Марсоход NASA Perseverance…
Как придать иммунитету вторую молодость, рассказали учёные Как придать иммунитету вторую молодость, рассказали учёные Иммунитет с рождения защищает человека от инфекций и недугов. Но с возрастом он утрачивает былую силу. Омолодить иммунитет – такую амбициозную цель поставили американские ученые в новом исследовании, которое оказалось…
FP: Предложена природная замена антибиотикам FP: Предложена природная замена антибиотикам Группа польских ученых выяснила, что эфирные масла лекарственных растений могут мешать росту опасных бактерий в условиях, схожих с реальными инфекциями. Результаты исследования свидетельствуют, что подобные натуральные соединения способны стать перспективным…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь силы ПВО уничтожили 21 украинский БПЛА над регионами России МО: за ночь силы ПВО уничтожили 21 украинский БПЛА над регионами России Российские средства ПВО уничтожили и перехватили 21 украинский БПЛА над регионами РФ за ночь. Об этом сообщили в Минобороны России. "В течение прошедшей ночи дежурными средствами ПВО перехвачен и уничтожен…
Какие законы вступают в силу в феврале 2026 года Какие законы вступают в силу в феврале 2026 года Индексация пособий и маткапитала, дополнительная защита прав граждан при возврате товаров ненадлежащего качества, закрепление правового статуса Российского Красного Креста и другие законы и нормы, которые вступают в силу в феврале,…
Трамп заявил, что переговоры по Гренландии уже начались Трамп заявил, что переговоры по Гренландии уже начались Президент США Дональд Трамп заявил, что переговоры по Гренландии начались, и выразил надежду на "хорошую сделку" и для Вашингтона, и для Европы. "Мы начали переговоры, - сказал он, отвечая на…
Тема дня
Чрезвычайное положение в США: новая антикубинская кампания Дональда Трампа Чрезвычайное положение в США: новая антикубинская кампания Дональда Трампа

30 января (по московскому времени) на сайте Белого дома был опубликован указ президента США, максима...

Фото
Стареющие стволовые клетки мышц повышают устойчивость, но замедляет регенерацию Стареющие стволовые клетки мышц повышают устойчивость, но замедляет регенерацию

С возрастом процессы восстановления и регенерации тканей после травм замедляются. В мышцах это проис...

Опрос

Получат ли США Гренландию?

 

Анекдот дня

Тому, кто нас ненавидит, мешать не надо - пусть мучается дальше!

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.

Интересные материалы
МЫ ВКОНТАКТЕ

Зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций

(Роскомнадзор). Реестровая запись от 07.06.2022 серия ЭЛ № ФС 77 – 83392. 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)".