Четверг 15 января 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
Фрагменты скелета показывают, что ранние виды рода Homo не были похожи на людей Фрагменты скелета показывают, что ранние виды рода Homo не были похожи на людей Почти 60 лет Homo habilis занимает почетное место как самый ранний представитель нашего рода Homo. Череп так называемого «человека умелый» имел более плоское лицо и больший мозг, чем у более…
STM: Впервые выявлен ключевой молекулярный «двигатель» заболевания сухожилий STM: Впервые выявлен ключевой молекулярный «двигатель» заболевания сухожилий Болевые ощущения, связанные с сухожилиями, присущи не только профессиональным спортсменам, но и многим другим людям, которые ведут активный образ жизни. Разные болезненные состояния объединяет одно: они связаны со значительной перегрузкой…
Эволюция звёзд зависит от места возникновения сверхновых Эволюция звёзд зависит от места возникновения сверхновых Сверхновые играют центральную роль в рождении новых звёзд. Они являются богатым источником газа и пыли для формирования звёздных колыбелей, а их взрывы могут вызывать ударные волны, которые запускают рождение новых…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 34 украинских БПЛА МО: за ночь над регионами России сбили 34 украинских БПЛА Российские средства противовоздушной обороны в течение ночи перехватили и уничтожили 34 украинских БПЛА, из них 19 - над Ростовской областью. Об этом сообщили в Минобороны России. "В течение прошедшей ночи…
Срыв планов ВСУ и расширение полосы безопасности. Заявления начальника Генштаба Герасимова Срыв планов ВСУ и расширение полосы безопасности. Заявления начальника Генштаба Герасимова Командование ВСУ любыми способами, не считаясь с потерями, стремится остановить наступление российских войск, но эти планы сорваны. Об этом заявил начальник Генштаба ВС России генерал армии Валерий Герасимов в ходе…
В Дании заявили, что обязаны открыть огонь при ударе США по Гренландии В Дании заявили, что обязаны открыть огонь при ударе США по Гренландии Военнослужащие Дании обязаны открыть ответный огонь по американским войскам, если США попытаются присоединить Гренландию силовым путем. Об этом заявил представитель министерства обороны королевства Тобиас Роед Йенсен. "Датские войсковые соединения обязаны…
Тема дня
Стубба сочли абсолютно непригодным на роль переговорщика по Украине Стубба сочли абсолютно непригодным на роль переговорщика по Украине

В Евросоюзе хотят назначить переговорщика для диалога с Россией по ситуации на Украине. Среди возмож...

Фото
Menopause: Популярный миф о влиянии менопаузы на здоровье женщин развеян Menopause: Популярный миф о влиянии менопаузы на здоровье женщин развеян

У женщин, которые вступают в менопаузу до 45 лет, действительно чаще возникают риски ишемической бол...

Опрос

Присвоит ли в итоге Евросоюз замороженные российские активы?

 

Анекдот дня

Пилоты 3/И-АТЛАС увидели какое творится на Земле и срочно прикинулись кометой.

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)".