Суббота 20 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
Российские ученые научились вычислять главный источник вреда для здоровья Российские ученые научились вычислять главный источник вреда для здоровья Учеными из ПНИПУ разработана математическая модель, способная оценить комплекс рисков для здоровья от загрязнения воздуха, воды и вредных условий труда, вычленяя основной источник опасности. Точность прогнозов данной модели – около…
NatCom: Мозг демонстрирует уникальную способность к предсказаниям NatCom: Мозг демонстрирует уникальную способность к предсказаниям Нейробиологам удалось выяснить, что мозг способен начинать подготовку к социальному взаимодействию еще до того, как животное сделает движение навстречу другому представителю своего сообщества. Эксперимент с рыбками данио-рерио показал, что за …
Глубоко под США происходят призрачные землетрясения, удивляющие геологов Глубоко под США происходят призрачные землетрясения, удивляющие геологов Ранним утром 24 февраля 1979 года город Рэндольф в штате Юта потрясло землетрясение. Или нет? Геологи зафиксировали толчки на своих сейсмограммах — небольшая, но значительная магнитуда 3,8, — однако никто…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами РФ сбили 187 украинских БПЛА МО: за ночь над регионами РФ сбили 187 украинских БПЛА  Российские средства ПВО перехватили и уничтожили над регионами РФ, акваториями Черного и Азовского морей 187 украинских БПЛА за ночь. Об этом сообщили в Минобороны России. "В течение ночи в период…
Ковальчук: в Брянской области при ударе дронов ВСУ погиб человек Ковальчук: в Брянской области при ударе дронов ВСУ погиб человек Мирный житель погиб в результате удара беспилотниками ВСУ по поселку Суземка в Брянской области. Также ранения получила женщина, сообщил в "Максе" врио губернатора региона Егор Ковальчук. "ВСУ атаковали FPV-дронами Суземку.…
Шуваев: за сутки в Белгородской области при атаках ВСУ пострадали три человека Шуваев: за сутки в Белгородской области при атаках ВСУ пострадали три человека Вооруженные силы Украины (ВСУ) атаковали территорию Белгородской области 90 раз за минувшие сутки. В результате атак три человека в Волоконовском, Грайворонском и Шебекинском округах получили ранения, сообщил врио губернатора региона…
Тема дня
«Пророссийский бунт» в Европе душат в зародыше «Пророссийский бунт» в Европе душат в зародыше

В Европарламенте возмущены: один из депутатов посмел не просто приехать в Россию, но даже подписать ...

Фото
Тараканы хранили секрет своей ДНК на протяжении миллионов лет Тараканы хранили секрет своей ДНК на протяжении миллионов лет

Тараканы, как правило, считаются существами, способными выживать в любых условиях, отчасти благодаря...

Опрос

Что будет с дальнейшими поставками российского газа в Армению?

 

Анекдот дня

Работа - это такая вещь, которая мешает получать удовольствие от жизни, помогая получать удовольствие от жизни.

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)".