Суббота 11 июля 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
Череп возрастом 145 000 лет имеет следы сложного «ножевого» ранения в лицо Череп возрастом 145 000 лет имеет следы сложного «ножевого» ранения в лицо Первые известные люди, разработавшие погребальные обычаи, возможно, пережили при жизни ужасающие акты насилия. Один из членов этой группы, по всей видимости, подвергся нападению с применением острого предмета, в результате чего…
Морские губки, подобно растениям, производят пищу из солнечного света Морские губки, подобно растениям, производят пищу из солнечного света Долгое время губки на коралловых рифах имели довольно простую репутацию. Они сидели на одном месте и питались тем, что приносила мимо них вода. Теперь эта картина выглядит неполной. Новое исследование…
Ученые впервые наблюдали за рождением фрагмента океанической коры Земли Ученые впервые наблюдали за рождением фрагмента океанической коры Земли Большая часть земной коры нашей планеты сформирована в талласе, который человеческий глаз никогда не увидит. На протяжении 65 000 километров океанского дна система срединно-океанических хребтов отмечает границы, где встречаются тектонические…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 178 украинских беспилотников МО: за ночь над регионами России сбили 178 украинских беспилотников Средства ПВО РФ в ночь на 11 июля уничтожили 178 украинских беспилотников. Об этом сообщили в Минобороны РФ. "В течение ночи в период с 20:00 мск 10 июля до 8:00…
В Таганрогском заливе при атаке украинского БПЛА погиб матрос технического судна В Таганрогском заливе при атаке украинского БПЛА погиб матрос технического судна В Таганрогском заливе из-за атаки БПЛА погиб матрос технического судна. Атаке подверглись четыре судна различного назначения, об этом сообщил в "Максе" губернатор Ростовской области Юрий Слюсарь. "Сегодня вновь в Таганрогском…
ВС России в ночь на 11 июля ударили по предприятиям ВПК в Киеве ВС России в ночь на 11 июля ударили по предприятиям ВПК в Киеве Российские войска в ночь на 11 июля нанесли групповые удары высокоточным оружием большой дальности по предприятиям военной промышленности в Киеве. Об этом сообщили в Минобороны РФ. "Сегодня ночью Вооруженными силами…
Тема дня
Волынская резня заставила Польшу проводить свою денацификацию Украины Волынская резня заставила Польшу проводить свою денацификацию Украины

В субботу отмечается годовщина Волынской резни, жертвами которой стали 100 тыс. человек. Но Украина ...

Фото
Ученые обнаружили скрытый в мозге механизм, отвечающий за обоняние Ученые обнаружили скрытый в мозге механизм, отвечающий за обоняние

Исследователи обнаружили, что обонятельная луковица человека — первая часть мозга, отвечающая за обо...

Опрос

Как вы оцениваете риск возникновения военного конфликта в Молдавии и Приднестровье?

 

Анекдот дня

Всегда смущало наличие в ПДД гужевой повозки. Сейчас вообще вопросов не возникает.

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)".