Воскресенье 15 ноября 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
Телескоп JWST обнаружил ранее не наблюдавшийся во Вселенной «запрещенный» сигнал Телескоп JWST обнаружил ранее не наблюдавшийся во Вселенной «запрещенный» сигнал Одна из важнейших молекул во Вселенной десятилетиями скрывала свой свет. Это основа практически всей межзвездной химии в газовой фазе, включая образование сложных органических молекул, составляющих компоненты жизни. Его название —…
Новое исследование выявило причину, по которой стареющий организм мерзнет Новое исследование выявило причину, по которой стареющий организм мерзнет Четверть старых мышей погибли в течение двух дней после перемещения в холодное помещение, в то время как мыши, страдающие ожирением из-за высокожировой диеты, выжили в течение недели в тех же…
На древнейших глиняных фигурках Ближнего Востока найдены отпечатки пальцев детей На древнейших глиняных фигурках Ближнего Востока найдены отпечатки пальцев детей Некоторые из древнейших известных глиняных фигурок из Юго-Западной Азии были изготовлены не только взрослыми. Сохранившиеся на них отпечатки пальцев свидетельствуют о том, что дети также лепили и раскрашивали их —…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
Слюсарь: в Ростовской области при атаке БПЛА один человек погиб, еще несколько были ранены Слюсарь: в Ростовской области при атаке БПЛА один человек погиб, еще несколько были ранены Число пострадавших из-за атаки БПЛА в Ростовской области в ночь на воскресенье увеличилось с четырех до пяти человек. Об этом сообщил губернатор региона Юрий Слюсарь в "Максе". "Сегодня утром еще…
Шуваев: за сутки в Белгородской области от атак ВСУ пострадали два мирных жителя Шуваев: за сутки в Белгородской области от атак ВСУ пострадали два мирных жителя Вооруженные силы Украины 131 раз за сутки атаковали территорию Белгородской области, два человека получили ранения. Об этом в "Максе" сообщил губернатор региона Александр Шуваев. "За минувшие сутки боевики киевского режима,…
Абашев: в Татарстане при атаке БПЛА пострадали три человека Абашев: в Татарстане при атаке БПЛА пострадали три человека Три человека пострадали из-за утренней атаки БПЛА на Татарстан. Угрозы их жизни нет, сообщил глава Минздрава Татарстана Альмир Абашев в "Максе". "Сегодня утром в Нижнекамской районе произошла атака БПЛА. Пострадали…
Тема дня
Русских волков оговорили в деле о пропаже в Финляндии «оленей Санты-Клауса»  Русских волков оговорили в деле о пропаже в Финляндии «оленей Санты-Клауса» 

Очередной русофобский миф разоблачен в Финляндии. В ходе расследования выяснилось, кто на самом деле...

Фото
Всплески горообразования могли быть причиной появления на Земле сложной жизни Всплески горообразования могли быть причиной появления на Земле сложной жизни

В истории Земли было два особенно значимых периода активного горообразования, и, что примечательно, ...

Опрос

Станет ли «операция в Алешках» началом чего-то большего?

 

Анекдот дня

Эксперт не исключил также, что существует вероятность, когда при возникновении сочетания некоторых условий могут возникнуть предпосылки для развития того или иного сценария из широкого спектра возможных. Хотя не надо огульно отбрасывать и множенство других потенциальных вариантов.

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)".