Среда 24 декабря 2025 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
Человечество случайно создало защитный барьер вокруг Земли Человечество случайно создало защитный барьер вокруг Земли Мы прекрасно знаем, что наш вид способен вызывать феноменальные изменения, даже случайно, к лучшему или к худшему. Мы видим это в климатическом кризисе, а также в искоренении оспы. Когда миссия…
Ученые объяснили, как бег обманывает мозг, заставляя его переоценивать время Ученые объяснили, как бег обманывает мозг, заставляя его переоценивать время Исследование, опубликованное в журнале Scientific Reports, показало, что бег изменяет наше восприятие времени. Исследователи отмечают, что этот эффект обусловлен скорее умственными затратами на контроль движений, чем физическими усилиями. Человеческое восприятие…
Найден способ в разы увеличить эффективность борьбы с онкологией Найден способ в разы увеличить эффективность борьбы с онкологией Учеными Сеченовского университета разработана технология, позволяющая почти в 10 раз увеличить эффективность доставки противоопухолевых препаратов. Это новый способ загрузки лекарств в экзосомоподобные наночастицы. Раньше удавалось доставлять лишь 5–9 процентов действующего…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России уничтожили 172 украинских БПЛА  МО: за ночь над регионами России уничтожили 172 украинских БПЛА  Средства ПВО за ночь уничтожили 172 украинских беспилотника над российскими регионами, сообщили в Минобороны РФ. Обломки БПЛА упали на территории предприятия в Тульской области, произошло возгорание. ТАСС собрал основное о…
В Москве двое полицейских погибли от взрыва при задержании неизвестного В Москве двое полицейских погибли от взрыва при задержании неизвестного Ночью на юге Москвы произошел взрыв. В результате погибли три человека, включая двоих полицейских. ТАСС собрал главное о происшествии. Взрыв произошел на Елецкой улице. В сообщении Следственного комитета отмечается, что…
Суд в Москве арестовал счета Чубайса по иску «Роснано» Суд в Москве арестовал счета Чубайса по иску «Роснано» Арбитражный суд Москвы наложил обеспечительный арест по иску "Роснано" на счета Анатолия Чубайса на общую сумму почти в 11,9 млрд рублей. Об этом сказано в тексте решения суда, с которым…
Тема дня
Вэнс разоблачил ложь Зеленского из лучших побуждений Вэнс разоблачил ложь Зеленского из лучших побуждений

Вице-президент США Джей Ди Вэнс раскрыл всему миру страшный секрет украинских властей о реальных пер...

Фото
Шесть серебряных монет XIII века найдены при раскопках на берлинском рынке  Шесть серебряных монет XIII века найдены при раскопках на берлинском рынке 

В ходе продолжающихся раскопок на старейшей площади Берлина, Молькенмаркте, был обнаружен редкий кла...

Опрос

Что вы ждете от обсуждаемого сейчас плана Трампа по урегулированию украинского конфликта?

 

Анекдот дня

- Тебе, наверное, больше сорока?

- С чего ты взял?

- Пишешь без ошибок. Чувствуется Советская школа.

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)".