Воскресенье 27 сентября 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
Читайте также
Загадка образования астероида Бенну разгадана Загадка образования астероида Бенну разгадана Новые анализы образцов, проведенные исследователями из ETH Zurich, указывают на неожиданное происхождение астероида Бенну: вместо того чтобы образоваться далеко в Солнечной системе, родительское тело Бенну, вероятно, возникло в особой переходной…
Когда-то вулканы разорвали связь между океанами, теперь это делает нечто другое Когда-то вулканы разорвали связь между океанами, теперь это делает нечто другое Явление Эль-Ниньо когда-то помогало предсказывать потепление в Индийском океане. Новые исследования показывают, что изменение климата нарушает эту многовековую связь. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Communications. В год Эль-Ниньо…
Странные галактики в ранней Вселенной были сформированы необычными звёздами Странные галактики в ранней Вселенной были сформированы необычными звёздами Галактики и их звёзды в ранней Вселенной выглядели гораздо более необычно, чем те, которые мы видим сегодня, и астрономы хотят понять, почему. Группа исследователей из Университета Юты решила изучить определённые…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 645 украинских БПЛА МО: за ночь над регионами России сбили 645 украинских БПЛА Российские средства ПВО в течение прошедшей ночи перехватили и уничтожили над регионами РФ, а также над акваториями Черного и Азовского морей 645 украинских БПЛА. Об этом сообщили в Минобороны России.…
Кондратьев: в Краснодарском крае из-за атаки БПЛА погибли люди Кондратьев: в Краснодарском крае из-за атаки БПЛА погибли люди Северский район Краснодарского края подвергся атаке БПЛА, есть погибшие, один человек пострадал, его госпитализировали в тяжелом состоянии. Об этом сообщил губернатор Кубани Вениамин Кондратьев в своем Telegram-канале. "Северский район подвергся…
В Белгородской области при ударах ВСУ погиб человек, еще трое были ранены В Белгородской области при ударах ВСУ погиб человек, еще трое были ранены Мужчина умер на месте из-за сброса взрывного устройства с беспилотника ВСУ в Грайворонском округе Белгородской области. В Грайвороне от удара дрона ВСУ ранен мирный житель, в Шебекинском округе в результате…
Тема дня
Венгрия смогла резко увернуться от втягивания в войну с Россией Венгрия смогла резко увернуться от втягивания в войну с Россией

У Украины уникальный талант ссориться с соседями. С Россией – из-за всего, с Белоруссией – из-за Рос...

Фото
Рыбы понимают, что что-то не так, когда сосед внезапно исчезает Рыбы понимают, что что-то не так, когда сосед внезапно исчезает

Крошечные стеклянные рыбки способны чувствовать опасность, не видя угрозы, используя внезапное исчез...

Опрос

Доживет ли Украина до своего 40-летнего юбилея?

 

Анекдот дня

Финляндия ограничила доступ к полученным из России документам до 9999 года. А они таки оптимисты!

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.

Популярные новости
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)".