Суббота 02 мая 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
NatNeuro: Озвучен фактор стремительной потери памяти при болезни Альцгеймера NatNeuro: Озвучен фактор стремительной потери памяти при болезни Альцгеймера Команда ученых из Калифорнийского университета в Ирвайне выяснила, что дефицит дофамина крайне важен в механизме снижения качества памяти при болезни Альцгеймера. Результаты исследования авторы опубликовали в журнале Nature Neuroscience (NatNeuro).…
Самый древний пример восстановительной стоматологии найден в Шотландии Самый древний пример восстановительной стоматологии найден в Шотландии Мост из золотой нити, найденный на черепе мужчины, умершего между 1460 и 1670 годами, является старейшим примером реставрационной стоматологии в Шотландии. Он существовал задолго до появления профессиональной стоматологии в XIX…
В Норвегии обнаружен крупнейший клад викингов, содержащий 3000 серебряных монет В Норвегии обнаружен крупнейший клад викингов, содержащий 3000 серебряных монет В результате беспрецедентного открытия, потрясшего как археологов, так и историков, норвежские кладоискатели с металлоискателями обнаружили крупнейший в стране клад монет эпохи викингов. Найденный в поле недалеко от Рены в муниципалитете…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 141 украинский БПЛА МО: за ночь над регионами России сбили 141 украинский БПЛА Российские средства ПВО за ночь перехватили и уничтожили над регионами РФ 141 украинский БПЛА. Об этом сообщили в Минобороны России. "В течение прошедшей ночи в период с 20:00 мск 30…
Гладков: в Белгородской области при атаке ВСУ на мотоцикл погибли два подростка Гладков: в Белгородской области при атаке ВСУ на мотоцикл погибли два подростка Беспилотник ВСУ атаковал мотоцикл с двумя молодыми людьми 15 и 18 лет в Белгородской области, они погибли. Об этом сообщил глава региона Вячеслав Гладков. "Трагедия в Волоконовском округе. Беспилотник ВСУ…
Какие законы вступают в силу в мае 2026 года Какие законы вступают в силу в мае 2026 года Расширение поддержки многодетных семей, новые меры поддержки участников специальной военной операции и их близких и другие законы мая — в материале. 25 апреля Льготы при поступлении в вузы для супругов…
Тема дня
Британия сколачивает военно-морской альянс против России Британия сколачивает военно-морской альянс против России

Британия продолжает формировать балто-скандинавский кулак против России. Лондон и еще девять стран Е...

Фото
Люди культуры Кловис верили в сверхъестественные свойства кристаллов кварца Люди культуры Кловис верили в сверхъестественные свойства кристаллов кварца

Первые охотники-собиратели в Америке были опытными мастерами по обработке камня и изготавливали разн...

Опрос

С каким чувством вы смотрите в будущее?

 

Анекдот дня

Кто виноват?

Что делать?

А зачем?

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)".