Воскресенье 30 августа 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
У жившего 324 миллиона лет назад странного насекомого было 24 ноги У жившего 324 миллиона лет назад странного насекомого было 24 ноги Сколько ног у ползучих насекомых? Ну, если речь идёт о паукообразных, ответ может быть восемь, для многоножки — от 34 до 1300 ... а если это типичное среднестатистическое насекомое, то,…
2000 закопанных трусов показали, где почва наиболее жизнеспособна 2000 закопанных трусов показали, где почва наиболее жизнеспособна Закопайте свежие хлопчатобумажные трусы, подождите два месяца, и дырки расскажут вам всю историю. Измельченные трусы означают, что почва под ними жива и функционирует. Трусы, которые выкопались почти целыми, означают, что…
Ученые обнаружили скрытый ледяной резервуар, погребенный внутри ледника Юта-Рок Ученые обнаружили скрытый ледяной резервуар, погребенный внутри ледника Юта-Рок Туристы, поднимающиеся к горе Тимпаногос в штате Юта, проходят мимо этого места уже несколько поколений: бесформенная груда обломков, лежащая в чашеобразной котловине у подножия вершины. Местные жители часто принимают окружающие…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над Россией сбили 313 украинских БПЛА МО: за ночь над Россией сбили 313 украинских БПЛА Российские средства ПВО в течение ночи на 29 августа перехватили и уничтожили над регионами РФ, акваториями Азовского и Черного морей 313 украинских БПЛА. Об этом сообщили в Минобороны России. "В…
Развожаев: в Севастополе при атаке ВСУ погиб человек Развожаев: в Севастополе при атаке ВСУ погиб человек Один человек погиб и трое, в том числе женщина, ранены в результате ночной атаки ВСУ на Севастополь. Об этом сообщил губернатор Михаил Развожаев в "Максе". "К сожалению, есть погибший. В…
Шуваев: за сутки в Белгородской области при атаках ВСУ погибли два человека Шуваев: за сутки в Белгородской области при атаках ВСУ погибли два человека Вооруженные силы Украины (ВСУ) продолжают совершать атаки по территории Белгородской области, за сутки в результате ударов погибли 2 человека, еще 14 получили ранения. Об этом сообщил врио губернатора Александр Шуваев.…
Тема дня
Финляндия пожертвовала системой здравоохранения ради милитаризации Финляндия пожертвовала системой здравоохранения ради милитаризации

Кризис, навалившийся на Финляндию после разрыва экономических связей с Россией, заставил правительст...

Фото
Обнаружен новый вид рыб, обитающих под землей: они бесцветны, слепы и без ребер Обнаружен новый вид рыб, обитающих под землей: они бесцветны, слепы и без ребер

Слепая, бесцветная рыба, выловленная из колодца в Индии, представляет собой новый род: первый вид ры...

Опрос

Кто первый посягнет на западные регионы Украины?

 

Анекдот дня

Ощущение, что кто-то просыпается и говорит: "Алиса, сделай ещё хуже."

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)".