Понедельник 08 июня 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 Фиджи обнаружен остров, который мог быть построен из древних пищевых отходов На Фиджи обнаружен остров, который мог быть построен из древних пищевых отходов Исследователи утверждают, что этот остров из ракушек площадью 3000 квадратных метров недалеко от Куласавани, вероятно, образовался в результате обработки моллюсков и выбрасывания их останков несколькими поколениями людей более 1200 лет…
После десятилетних поисков ученые обнаружили самое высокое дерево Восточной Азии После десятилетних поисков ученые обнаружили самое высокое дерево Восточной Азии В глубине гор северного Тайваня было подтверждено, что возвышающееся дерево Taiwania cryptomerioides — крупное хвойное дерево из семейства кипарисовых (Cupressaceae), предки которого датируются 100 миллионами лет назад, — является самым…
Ученые обнаружили уникальные экосистемы, обитающие в условиях тумана Ученые обнаружили уникальные экосистемы, обитающие в условиях тумана Давно известно, что воздух полон жизни. В одном кубическом метре могут содержаться миллионы микробов, поэтому неудивительно, что часть из них также попадает в туман. Но являются ли эти организмы активными…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 95 украинских БПЛА МО: за ночь над регионами России сбили 95 украинских БПЛА Российские средства ПВО за ночь перехватили и уничтожили над регионами РФ и акваторией Черного моря 95 украинских БПЛА самолетного типа. Об этом сообщили в Минобороны России. Как там уточнили, беспилотные…
Шуваев: за сутки в Белгородской области из-за ударов ВСУ пострадали девять человек Шуваев: за сутки в Белгородской области из-за ударов ВСУ пострадали девять человек Вооруженные силы Украины за сутки атаковали Белгородскую область 91 раз, пострадали девять человек, в том числе ребенок. Об этом сообщил врио губернатора региона Александр Шуваев в "Максе". "За минувшие сутки…
«Не вижу смысла. Нужны договоренности». Путин о письме и предложении Зеленского встретиться «Не вижу смысла. Нужны договоренности». Путин о письме и предложении Зеленского встретиться Президент России Владимир Путин ответил на открытое письмо Владимира Зеленского. Российский лидер отметил "элементы хамства" в тексте, указал на бессмысленность встречи без предварительных договоренностей и призвал российских военных "работать". Подробнее…
Тема дня
Против кого и как вооружается Польша? Против кого и как вооружается Польша?

О том, что Варшава и Лондон договорились заключить новое соглашение в сфере обороны и безопасности, ...

Фото
Aging Cell: Женщины намного чаще мужчин страдают болезнью Альцгеймера Aging Cell: Женщины намного чаще мужчин страдают болезнью Альцгеймера

Примерно две трети пациентов с болезнью Альцгеймера – это женщины, хотя точные причины подобного раз...

Опрос

Что будет с дальнейшими поставками российского газа в Армению?

 

Анекдот дня

Не так страшно, что искусственный интеллект умнеет, как то, что естественный интеллект глупеет.

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)".