Пятница 17 апреля 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
Золото с пиратского корабля раскрывает правду о чистоте африканского металла Золото с пиратского корабля раскрывает правду о чистоте африканского металла В ходе нового исследования был проанализирован крупнейший из когда-либо обнаруженных в археологическом контексте с точной датировкой находок золота народа акан. Результаты противоречат колониальным хроникам, которые на протяжении веков обвиняли африканских…
Магнитный щит Сатурна находится совсем не там, где ожидалось Магнитный щит Сатурна находится совсем не там, где ожидалось Даже скромный телескоп позволяет увидеть захватывающую дух систему колец Сатурна, которая на протяжении четырех столетий очаровывала астрономов — мир настолько необычный по своей красоте, что наблюдателям, впервые увидевшим его, часто…
Древний ландшафт обнажил кости людей, живших в Африке 100 000 лет назад Древний ландшафт обнажил кости людей, живших в Африке 100 000 лет назад В результате масштабных археологических раскопок в Африке были обнаружены следы жизни людей, населявших эту территорию 100 000 лет назад. Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами сбили 207 украинских БПЛА МО: за ночь над регионами сбили 207 украинских БПЛА Силы ПВО за ночь сбили 207 украинских беспилотников над российскими регионами, сообщили в Минобороны РФ. Двое несовершеннолетних погибли из-за атаки БПЛА на жилые дома в Туапсе. ТАСС собрал основное о…
Двое детей погибли в Туапсе при атаке БПЛА Двое детей погибли в Туапсе при атаке БПЛА Двое несовершеннолетних погибли из-за атаки БПЛА на жилые дома в Туапсе. Предварительно, пострадали еще двое взрослых, им оказывается помощь, сообщил губернатор Краснодарского края Вениамин Кондратьев. "Террористическая атака беспилотников по жилым…
Обстановка на границе СГ и милитаризация Европы. Заявления директора СВР России Сергея Нарышкина Обстановка на границе СГ и милитаризация Европы. Заявления директора СВР России Сергея Нарышкина Директор службы внешней разведки (СВР) РФ Сергей Нарышкин охарактеризовал обстановку на границе Союзного государства России и Белоруссии как очень напряженную и указал на милитаризацию экономики в Прибалтике и Польше. ТАСС…
Тема дня
Западу для войн нового типа пригодилась Украина Западу для войн нового типа пригодилась Украина

Запад обсуждает создание нового военного альянса, в который войдет Украина. Об этом заявил глава рос...

Фото
Ученые выяснили, почему в Помпеях сначала восстанавливали сады, а не дома Ученые выяснили, почему в Помпеях сначала восстанавливали сады, а не дома

Исследование Оксфордского университета впервые документирует появление 35 сельскохозяйственных садов...

Опрос

Через месяц после начала войны в Иране на чьей стороне преимущество?

 

Анекдот дня

Март - блины, апрель - куличи, май - шашлыки... и куда, скажите, мне втиснуть эту вашу диету?!

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)".